從TOP500榜單看未來超算發(fā)展趨勢

　我的超便攜筆記本電腦中沒有當(dāng)今世界上功能最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜的最新版本。但是25年前的版本還在。這就是超級計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展速度--去年的領(lǐng)頭羊就成了今年的落敗者。

　　加百利咨詢公司的首席分析丹。奧德表示“首臺實(shí)現(xiàn)千萬億浮點(diǎn)計(jì)算能力的超級計(jì)算機(jī)（即每秒的浮點(diǎn)能力超過千萬億次）是安裝在勞倫斯。利莫佛國家實(shí)驗(yàn)室的走鵑超級計(jì)算機(jī)，搭載的IBM BladeCenter系統(tǒng)。僅僅過了一年半的時(shí)間，這臺世界排名第一的超級計(jì)算機(jī)就跌落到了第七的位置上”。

　　在過去的半年時(shí)間里，能進(jìn)入超級計(jì)算機(jī)世界排行榜的門檻就從每秒24.7萬億次躍升至每秒31.1萬億次（即每秒萬億的計(jì)算能力）。六月份還排名305位的超級計(jì)算機(jī)如今已經(jīng)完全跌出了500強(qiáng)之外。因此我們饒有興趣的想看看，目前排名首位的超級計(jì)算機(jī)-中國天河-1號系統(tǒng)能領(lǐng)銜榜首的位置多長時(shí)間。

　　天河1號超級計(jì)算機(jī)位于中國天津的國家超級計(jì)算機(jī)中心，在超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)中起決定性作用的Linpack基準(zhǔn)測試中，每秒的計(jì)算性能達(dá)到了2.57千萬億次。這臺超級計(jì)算機(jī)擁有29376GB的內(nèi)存，搭載的是Nvidia圖形處理器單元和英特爾的至強(qiáng)5600系列處理器。

　　目前超級計(jì)算機(jī)的大勢所趨就是互聯(lián)架構(gòu)的發(fā)展越來越快，越來越集中。舉例來說，這臺中國超級計(jì)算機(jī)的互聯(lián)架構(gòu)可以以InfiniBand互聯(lián)架構(gòu)兩倍的速度處理數(shù)據(jù)。這是非常重要的，因?yàn)檫@款系統(tǒng)中集成了數(shù)千個(gè)芯片。速度更快的互聯(lián)架構(gòu)意味著數(shù)據(jù)可以以比其他系統(tǒng)更快的速度在系統(tǒng)中運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　在超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜中位列次席的是Cray XT5“美洲虎”系統(tǒng)，這款超級計(jì)算機(jī)安裝在美國能源部位于田納西州的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室高級計(jì)算中心里。美洲虎超級計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力達(dá)到了每秒1.75千萬億次。排名第三的就是另外一臺中國研制的超級計(jì)算機(jī)-星云，目前安裝在深圳的國家超級計(jì)算機(jī)中心。星云超級計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力達(dá)到每秒1.27千萬億次。

　　亞洲的超級計(jì)算機(jī)以每秒1.19千萬億次的計(jì)算能力成為位列超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜第四的新軍。這就是由東京技術(shù)研究院與惠普公司合作研制的公司首臺千萬億次級集群系統(tǒng)-Tsubame 2.0。這臺超級計(jì)算機(jī)可以運(yùn)行氣候和天氣預(yù)報(bào)應(yīng)用軟件，海嘯模擬和計(jì)算流體動力。NEC,微軟，Nvidia，英特爾，Mellanox, Voltaire和DataDirect。Networks也在這個(gè)項(xiàng)目上進(jìn)行了合作。

　　Tsubame 2.0超級計(jì)算機(jī)占地200平方英尺，耗能1.8兆瓦。這臺超級計(jì)算機(jī)內(nèi)置了1357個(gè)惠普ProLiant SL390s服務(wù)器，每臺服務(wù)器配置了三個(gè)Nvidia Tesla M2050中央處理器和惠普模塊化冷卻系統(tǒng)。

　　惠普公司高性能計(jì)算事業(yè)部副總裁馬克。漢密爾頓表示“我們將Infiniband互聯(lián)架構(gòu)直接安裝在主板上，以此來降低成本并使其更具能效”。這種注重能效的趨勢正在成為未來幾年內(nèi)超級計(jì)算機(jī)研發(fā)的主流和趨勢。事實(shí)上，Top500.org目前也在半年一屆的超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)榜單上著重強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。IBM公司研發(fā)的藍(lán)色基因/Q系統(tǒng)以其每瓦計(jì)算1680M的高能效榮膺能效超級計(jì)算機(jī)冠軍，這種能效也是第二名能效超級計(jì)算機(jī)的兩倍以上之多。

　　IBM公司的深度計(jì)算副總裁戴維。布瑞克表示，實(shí)現(xiàn)這種高能效的目標(biāo)是因此他們在整個(gè)系統(tǒng)中都以效率為重，并且卸載了硅晶片上的某些技術(shù)功能。他們移除了連線和卡，從而節(jié)約了占地空間并提高了效率。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)集成了各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在系統(tǒng)內(nèi)部作為一個(gè)整體提供專項(xiàng)功能。

　　布瑞克強(qiáng)調(diào)說，IBM公司已經(jīng)著手制造10千萬億次和20千萬億次級超級計(jì)算機(jī)，計(jì)劃在明年交付。不過布瑞克對超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜排名的機(jī)制-Linpack基準(zhǔn)提出了質(zhì)疑。

　　“Linpack基準(zhǔn)實(shí)際上并不能告訴大家什么，我的用戶沒有一個(gè)是根據(jù)Linpack得分來購買系統(tǒng)的”布瑞克表示。

　　奧德也持同樣的觀點(diǎn)，他認(rèn)為Linpack基準(zhǔn)在幫助用戶如何利用真實(shí)世界中的系統(tǒng)方面已經(jīng)越來越缺乏實(shí)用性了。

　　“當(dāng)他們使用的軟件和執(zhí)行的任務(wù)變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)不同部分所承擔(dān)的壓力也越來越大”奧德表示“Linpack基準(zhǔn)測試的是系統(tǒng)執(zhí)行線性運(yùn)算的結(jié)果，而不是他們完成諸如流處理等任務(wù)的性能表現(xiàn)”。
　　布瑞克認(rèn)為新上榜的超級計(jì)算機(jī)佳績與圖形處理器的提升不無關(guān)系。兩臺表現(xiàn)出眾的中國系統(tǒng)和日本的Tsubame 2.0使用的都是Nvidia圖形處理器來加快運(yùn)算速度。在超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜上有17款系統(tǒng)使用了圖形處理器，其中六款系統(tǒng)使用的是Cell處理器，10款系統(tǒng)使用的是Nvidia處理器，還有一款系統(tǒng)使用的是ATI Radeon處理器。

　　“Linpack基準(zhǔn)數(shù)據(jù)體現(xiàn)的并不是完成實(shí)際工作任務(wù)的指標(biāo)”布瑞克表示“圖形處理器會在內(nèi)存和處理之前制造瓶頸，因此它需要完成大量工作來維持這些系統(tǒng)的平衡和生產(chǎn)能力”。

　　另外，圖形處理器系統(tǒng)需要自定義編程，因此會催生自行編寫代碼的市場。

　　布瑞克表示“這事關(guān)圖形處理器的效用，也說明了進(jìn)行此類研發(fā)的商用軟件代碼的匱乏”。

　　不過惠普公司也強(qiáng)調(diào)了圖形處理器所帶來的每瓦的性能。漢密爾頓表示惠普使用了最新的PCI和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決這些瓶頸問題。

　　“在超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜前十位的超級計(jì)算機(jī)中有四款系統(tǒng)使用的是Nvidia圖形處理器，AMD和英特爾公司要在加大這方面的動作”漢密爾頓表示。

　　有趣的是，惠普公司提到了榜單上排名第117位的系統(tǒng)-Georgia Tech公司的Keeneland System，這臺系統(tǒng)由120臺惠普ProLiant SL390s服務(wù)器和360個(gè)Nvidia Tesla M2070加速器構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)每秒64萬億的浮點(diǎn)計(jì)算能力。

　　“這款來自Nvidia的最新產(chǎn)品可以為每個(gè)芯片提供64GB的內(nèi)存”漢密爾頓表示。

　　來自超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜把榜單的其他亮點(diǎn)：

　　* 排名第五的是Hopper，一臺安裝在美國能源部位于加利福尼亞州的國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心的Cray XE6超級計(jì)算機(jī)，每秒的浮點(diǎn)計(jì)算能力為1.05千萬億次。

　　* 超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜上排行前十位的超級計(jì)算機(jī)中七臺都達(dá)到或者超過了每秒1千萬億次的計(jì)算能力，其中的五款超級計(jì)算機(jī)是首次進(jìn)入前十名的新軍。

　　* 排名前十位的超級計(jì)算機(jī)中有五款位于美國；另外的五臺分別位于中國，日本，法國和德國

　　* 美國的超級計(jì)算機(jī)占據(jù)了超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜中的275強(qiáng)；歐洲市場有124款超級計(jì)算機(jī)入圍，亞洲有84款超級計(jì)算機(jī)入圍。

　　* 中國目前有42款系統(tǒng)入圍超級計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜。

　　* 惠普公司在系統(tǒng)數(shù)量上依然領(lǐng)先于Cray公司，兩家公司都緊隨IBM之后

　　* 入圍的超級計(jì)算機(jī)中有365款（占到73%）搭載的是四核處理器，有95款系統(tǒng)（占到19%）已經(jīng)在使用六核或者更多核心的處理器。