近日，在德國(guó)法蘭克福舉行的國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，2021第57版世界TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)排名正式公布，在Top10排名中，日本理化學(xué)研究所和富士通共同推進(jìn)開發(fā)的超級(jí)計(jì)算機(jī)富岳（Fugaku）再次奪冠，第二和第三名均為美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，中國(guó)的神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)位列第4位，天河2A位列第6位。

與2020年11月份發(fā)布的第56版相比，Top10排名變化很小，只有一個(gè)新入圍者，那就是來自美國(guó)新能源部勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Perlmutter系統(tǒng)。該超級(jí)計(jì)算機(jī)基于HPE Cray“Shasta”平臺(tái)和由GPU加速器和CPU節(jié)點(diǎn)組成的異構(gòu)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了64.6 Pflop/s，它在新排名中位列第5。

盡管前十名榜單變化不大，但是從整體排名來看，還是能發(fā)現(xiàn)一些重要的趨勢(shì)。

首先就是采用AMD處理器的超級(jí)計(jì)算機(jī)顯著增加，比如剛?cè)脒xTOP10榜單的Perlmutter就是在用的AMD EPYC 7763處理器，排在第6的Selene也采用了AMD EPYC 7742。

另一個(gè)是，近些年來，異構(gòu)計(jì)算在超級(jí)計(jì)算機(jī)中使用越來越多，且大多數(shù)采用了NVIDIA的GPU或英特爾基于X86的Xeon Phi作為協(xié)處理器。在今年的TOP500中，共有145個(gè)系統(tǒng)采用了加速器/協(xié)同處理器技術(shù)，與第56版的147個(gè)相比，有所下降。其中有96個(gè)系統(tǒng)適用了NVIDIA Volta芯片，26個(gè)使用了NVIDIA Ampere芯片，9個(gè)使用了NVIDIA Pascal系統(tǒng)。

英特爾處理器在超級(jí)計(jì)算機(jī)中的份額仍然最高，為86.2%，但低于第56版的91.8%。此外，名單中有49個(gè)系統(tǒng)使用了AMD的處理器，高于之前的4.2%。

TOP500排名是針對(duì)全球已知最強(qiáng)大的電腦系統(tǒng)做出的排名，該計(jì)劃始于1993年，并且一年出版兩次最新的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名表。每年的第一次排名公布于6月份的國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)議上，而第二次排名公布則是在11月份的超級(jí)計(jì)算機(jī)會(huì)議上。

TOP500的排名表是由德國(guó)曼海姆大學(xué)的Hans Meuer、美國(guó)田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的Jack Dongarra以及美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Erich Strohmaier與Horst Simon等人共同匯編的。

圖：不同國(guó)家和地區(qū)的超級(jí)計(jì)算機(jī)數(shù)量和算力排行

下面我們來看看這些超級(jí)計(jì)算機(jī)：

富岳

富岳（Fugaku）是由日本理化學(xué)研究所和富士通共同開發(fā)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，是“京”的后繼機(jī)型。它在2014年就開始研發(fā)，2021年正式激活。富岳部署在兵庫縣神戶市中央?yún)^(qū)港灣人工島上的理化學(xué)研究所計(jì)算科學(xué)研究中心內(nèi)，其運(yùn)算能力為京的100至120倍，耗電為30兆瓦至40兆瓦，京的耗電為12.7兆瓦。其實(shí)，“富岳”是富士山的別稱。

富岳是全球首度奪冠的ARM架構(gòu)超級(jí)電腦，采用富士通48核心A64FX SoC，與過往超級(jí)計(jì)算機(jī)大多采用的Intel或AMD的x86、x64主流平臺(tái)不同。富岳擁有 7,630,848 個(gè)內(nèi)核，在HPL標(biāo)準(zhǔn)下算力為442Pflop/s，這樣的性能表現(xiàn)超過了排名第二的美國(guó)Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)的3倍。

恐怖的是其峰值性能可達(dá)到1 exaFLOPS（1,000 petaFLOPS）。而且它除了在Linpack中拿到好成績(jī)，也在新的HPL-AI基準(zhǔn)測(cè)試中獲得了2 exaFLOPS的好成績(jī)。

2020年6月23日，富岳正式獲認(rèn)證，以415 PFLOPS計(jì)算速度成為TOP500排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)。之后同年11月17日發(fā)表的TOP 500排行榜成功蟬聯(lián)第一。如今又再次奪冠。

Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)

Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)（中文有翻譯頂點(diǎn)，或者高峰），實(shí)驗(yàn)室代號(hào)“OLCF-4”，是IBM為美國(guó)能源部旗下橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)建造的超級(jí)計(jì)算機(jī)。機(jī)組于2018年6月8日落成，理論運(yùn)算能達(dá)200 PFLOPS（浮點(diǎn)運(yùn)算速度每秒20億億次），超過峰值運(yùn)算性能125 PFLOPS的神威·太湖之光，2018年6月25日正式獲TOP500認(rèn)證為全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。隨后被富岳超越。但仍然是美國(guó)最快的超計(jì)算機(jī)。

Summit在 HPL 基準(zhǔn)測(cè)試中的性能為 148.8 Pflop/s，在全球排名第二。Summit 有 4,356 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用的是與泰坦類似的CPU+GPU異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)，包含兩顆Power9 CPU（每顆CPU有 22個(gè)內(nèi)核），以及6塊NVIDIA Tesla V100 GPU組成。這些節(jié)點(diǎn)通過 Mellanox 雙軌 EDR InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)鏈接在一起。

Sierra超級(jí)計(jì)算機(jī)

Sierra，代號(hào)ATS-2，是IBM為美國(guó)能源部下屬的勞倫斯利佛摩國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建造的超級(jí)計(jì)算機(jī)，由美國(guó)國(guó)家核安全局管理，也是該局的第二套“先進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)”（Advanced Technology System，ATS），本機(jī)組與橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的高峰使用幾乎相同的架構(gòu)。

Sierra的運(yùn)算節(jié)點(diǎn)采用IBM的Witherspoon S922LC OpenPOWER主機(jī)，每臺(tái)主機(jī)中配備IBM POWER9 CPU配以NVIDIA Tesla V100運(yùn)算加速卡，CPU和加速卡之間使用NVLink連接，每顆CPU配以兩塊運(yùn)算加速卡，不過原始計(jì)劃里是每顆CPU配以三塊運(yùn)算加速卡。節(jié)點(diǎn)之間的連接采用EDR InfiniBand。

神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)

神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)（Sunway TaihuLight）是由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制、安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無錫中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)，搭載了40960個(gè)中國(guó)自主研發(fā)的“申威26010”眾核處理器，該眾核處理器采用64位自主申威指令系統(tǒng)，峰值性能為12.54京次/秒，持續(xù)性能為9.3京次/秒。（1京為1億億）

神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)由40個(gè)運(yùn)算機(jī)柜和8個(gè)網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜組成。每個(gè)運(yùn)算機(jī)柜比家用的雙門冰箱略大，打開柜門，4塊由32塊運(yùn)算插件組成的超節(jié)點(diǎn)分布其中。每個(gè)插件由4個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板組成，一個(gè)運(yùn)算節(jié)點(diǎn)板又含2塊“申威26010”高性能處理器。一臺(tái)機(jī)柜就有1024塊處理器，整臺(tái)“神威·太湖之光”共有40960塊處理器。每個(gè)單個(gè)處理器有260個(gè)核心，主板為雙節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，每個(gè)CPU固化的板載內(nèi)存為32GB DDR3-2133。

2020年7月，中國(guó)科大在“神威·太湖之光”上首次實(shí)現(xiàn)千萬核心并行第一性原理計(jì)算模擬。

天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)

天河二號(hào)（簡(jiǎn)稱：TH-2），是一組由國(guó)防科技大學(xué)研制的異構(gòu)超級(jí)計(jì)算機(jī)，為天河一號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)的后繼機(jī)型。天河二號(hào)的組裝和測(cè)試由國(guó)防科技大學(xué)和浪潮集團(tuán)來負(fù)責(zé)，于2013年底入駐位于廣東省廣州市的中山大學(xué)廣州校區(qū)東校園內(nèi)的國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心并進(jìn)行驗(yàn)收，2013年底交付使用后對(duì)外開放接受運(yùn)算項(xiàng)目任務(wù)，用于實(shí)驗(yàn)、科研、教育、工業(yè)等領(lǐng)域。

天河二號(hào)造價(jià)達(dá)一億美元，整個(gè)系統(tǒng)占地面積達(dá)720平方米。它于2013年6月起至2016年6月之前，為世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。目前，天河二號(hào)由國(guó)防科技大學(xué)和中山大學(xué)共同使用和維護(hù)。

天河二號(hào)的處理器是英特爾的Xeon E5-2692v2 12核心處理器，基于英特爾Ivy Bridge微架構(gòu)（Ivy Bridge-EX核心），采用22納米制程，峰值性能0.2112TFLOPS。

運(yùn)算加速使用基于英特爾集成眾核架構(gòu)的Xeon Phi 31S1P協(xié)處理器，運(yùn)行時(shí)鐘頻率為1.1GHz，擁有57個(gè)x86核心（實(shí)際上擁有61個(gè)核心，因激活全部核心時(shí)會(huì)存在運(yùn)算周期協(xié)調(diào)沖突之問題，因此先遮蔽4個(gè)x86核心），每個(gè)x86核心借由特殊的超線程技術(shù)能運(yùn)作4個(gè)線程，產(chǎn)生峰值性能為1.003TFLOPS。

不過基于美國(guó)商務(wù)部限制中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)采購(gòu)美國(guó)器件，我國(guó)在2017年開始使用自主研發(fā)的Matrix-2000代替Xeon Phi作為協(xié)處理器的升級(jí)計(jì)劃。

結(jié)語

在TOP500榜單中，盡管其中中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的絕對(duì)數(shù)量還是遙遙領(lǐng)先，但是由上一次的212變?yōu)楝F(xiàn)在186臺(tái)，相應(yīng)的，美國(guó)則由上一次的113臺(tái)增至如今的123臺(tái)。尚不清楚是否是由于芯片供應(yīng)問題導(dǎo)致的負(fù)面效應(yīng)。

但在綜合性能指標(biāo)上，來自美國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)仍然處于領(lǐng)先，目前總算力達(dá)到了856.8Pflop/s，而中國(guó)則為445.3Pflop/s。