人算不如“超算” 超級(jí)計(jì)算機(jī)離我們有多遠(yuǎn)

“天河二號(hào)”重奪TOP500榜首

21ic電子網(wǎng)訊：在6月17號(hào)揭曉的世界超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500排名中，來(lái)自我過(guò)國(guó)防科技大學(xué)研制的天河二號(hào)毫無(wú)懸念的成為了全球運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)。而在總TOP500的榜單中，中國(guó)上榜66款，成為亞洲上榜最多的國(guó)家。可以說(shuō)如今中國(guó)在高性能計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中已經(jīng)僅次于美國(guó)、穩(wěn)居第二。

全球高性能計(jì)算TOP500排行榜創(chuàng)立于1993年，旨在跟蹤未來(lái)高性能計(jì)算發(fā)展趨勢(shì)并為其提供技術(shù)支撐。TOP500排行榜榜單于每年的6月和11月發(fā)布兩次。TOP500如今已經(jīng)成為衡量高性能計(jì)算領(lǐng)域發(fā)展水平的標(biāo)準(zhǔn)，其不但可以讓人們了解高性能計(jì)算領(lǐng)域的最新技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，更可以據(jù)此預(yù)測(cè)未來(lái)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)的走向。

在最新公布的TOP500名單中，來(lái)自國(guó)防科技大學(xué)研制的天河二號(hào)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以峰值計(jì)算速度每秒5.49億億次、持續(xù)計(jì)算速度每秒3.39億億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算的優(yōu)異性能位居榜首。時(shí)隔兩年半之后，中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)天河二號(hào)重返世界第一。

▲ TOP500前十名榜單

中國(guó)“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)是憑借什么再次問(wèn)鼎呢？從資料中我們可以了解：天河二號(hào)的處理器采用的是32,000顆Ivy Bridge的Xeon和48,000顆的Xeon Phi共計(jì)2,120,000個(gè)內(nèi)核。內(nèi)存總?cè)萘?400萬(wàn)億字節(jié)，存儲(chǔ)總?cè)萘?2400萬(wàn)億字節(jié)，最大運(yùn)行功耗17.8兆瓦，能效比提升了2倍，計(jì)算性能和計(jì)算密度均提升了10倍以上。

天河二號(hào)重返世界第一經(jīng)歷了兩年半的時(shí)間，期間，日本的“京”，美國(guó)的“紅杉”、“泰坦”超級(jí)計(jì)算機(jī)先后奪得世界第一，可見(jiàn)超算領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)是多么激烈，為何如此多的國(guó)家在超算領(lǐng)域投入這么巨大的人力呢？超算的排名是按照什么標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判出來(lái)的？中國(guó)的天河二號(hào)排名第一具有什么樣的意義？在接下來(lái)的文中，筆者將為大家一樣作答！

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超級(jí)計(jì)算機(jī)的排名是用什么標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量的？

天河二號(hào)的再次登峰排名榜首，天河計(jì)算機(jī)的峰值性能也從4.7千萬(wàn)億次提至5.49億億次，這是中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)相繼刷新世界紀(jì)錄的計(jì)算速度。但是很多網(wǎng)友不免會(huì)問(wèn)他，超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)是由什么衡量的呢？峰值性能是怎么樣得出的？下面我們來(lái)看一下。

目前評(píng)判超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能的標(biāo)準(zhǔn)是LINPACK（線性系統(tǒng)軟件包），簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是看誰(shuí)在求解一元N次稠密線性代數(shù)方程組時(shí)的速度運(yùn)行更快，以此來(lái)評(píng)價(jià)高性能計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)性能。其僅是測(cè)試性能的一種方式，跟我們?cè)u(píng)測(cè)熟悉的IOmeter等軟件類似，只不過(guò)針對(duì)的測(cè)試領(lǐng)域不同。

 

▲ 天河二號(hào)測(cè)試數(shù)據(jù)

此次TOP500的基準(zhǔn)測(cè)試的看點(diǎn)不再是以往那種高度類似的高端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在性能上的微乎其微的差異。不同以往幾年，在結(jié)果公布前這次第一名的公布毫無(wú)懸念。就是天河二號(hào)。早在去年十一月份排名上的幾個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都沒(méi)有多大變化。甚至泰坦的數(shù)據(jù)都是直接使用去年十一月的結(jié)果。

此次天河2號(hào)最大的看點(diǎn)無(wú)疑是中國(guó)制造，天和二號(hào)系統(tǒng)的大部分功能都是在中國(guó)開(kāi)發(fā)的，而且只是在計(jì)算的主要部分使用了英特爾的處理器產(chǎn)品。在互連、操作系統(tǒng)、前端處理器和軟件工具上基本都是采用中國(guó)原生的。

此次天河二號(hào)重登榜首的意義遠(yuǎn)大與天河一號(hào)初登榜首的時(shí)候，相比于上一代產(chǎn)品，此次的天河二號(hào)加入了更多的中國(guó)制造、中國(guó)研發(fā)，也標(biāo)準(zhǔn)著我國(guó)在高性能領(lǐng)域的逐漸崛起。

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排名是否代表國(guó)家整體計(jì)算機(jī)實(shí)力？

中國(guó)天河2號(hào)榮登榜首的消息向世界發(fā)出一個(gè)聲音，中國(guó)已經(jīng)正式進(jìn)入超級(jí)計(jì)算的領(lǐng)域。而且在此次TOP500排名中，有來(lái)自中國(guó)的66套系統(tǒng)，顯示了中國(guó)現(xiàn)已成為全球第二大高性能計(jì)算使用國(guó)，超過(guò)了日本，英國(guó)，法國(guó)和德國(guó)，僅次于美國(guó)。

 

▲ 天河二號(hào)

我國(guó)排名超算排名靠前是否代表我國(guó)整體計(jì)算能力已經(jīng)非?？壳傲四兀科鋵?shí)，TOP500的排名，僅僅是計(jì)算機(jī)速度的比賽，并不能判斷一個(gè)國(guó)家整體計(jì)算機(jī)實(shí)力。不能只看冠軍一個(gè)指標(biāo)，同時(shí)還要有網(wǎng)絡(luò)、處理器、操作系統(tǒng)以及軟件工具等方面的關(guān)系。

天河二號(hào)之所以能引起國(guó)外的注意，首先還是其整體設(shè)計(jì)結(jié)合了大部分中國(guó)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，除了在主要的計(jì)算部分采用的是英特爾產(chǎn)品外，其在網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、軟件方面都是采用中國(guó)原生的系統(tǒng)。也讓國(guó)外見(jiàn)識(shí)到了我國(guó)真正的實(shí)力。

關(guān)于最后一點(diǎn)，正如Dongarra提到的，“該系統(tǒng)的大部分功能都是在中國(guó)開(kāi)發(fā)的，而且他們只在主要計(jì)算部分使用了英特爾的產(chǎn)品。也就是說(shuō)，互連、操作系統(tǒng)、前端處理器和軟件工具基本上都是中國(guó)原生的。”

但我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)與國(guó)外相比仍然存在著一定缺陷，首先，我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)大部分采用的是GPU的加速核心，雖然提升了名詞，但是應(yīng)用并不廣泛。其次，我國(guó)并沒(méi)有掌握領(lǐng)先的CPU技術(shù)，大規(guī)模使用的還是英特爾的芯片。第三，我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方面很少，還需要加強(qiáng)應(yīng)用上的表現(xiàn)。

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超級(jí)計(jì)算機(jī)的功耗問(wèn)題值得注意

超級(jí)計(jì)算機(jī)雖然能給我們帶來(lái)超級(jí)的計(jì)算能力，這主要是取決于其“核心”技術(shù)，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的核心運(yùn)算才能提供如此出色的處理器速度。但是同樣，核心的高速運(yùn)轉(zhuǎn)同樣帶來(lái)著強(qiáng)大的功耗，一直困擾著超算中心。

 

▲ 功耗表格

目前采用的超級(jí)計(jì)算機(jī)評(píng)比標(biāo)準(zhǔn)LINPACK中，并沒(méi)有考慮到超級(jí)計(jì)算機(jī)的功耗，只看超算的運(yùn)行速度。不過(guò)，現(xiàn)在超級(jí)計(jì)算機(jī)的功耗也已經(jīng)出現(xiàn)在評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)中。人們已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注節(jié)能減排方面的表現(xiàn)。

我們?cè)诳匆粋€(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)的綜合實(shí)力的時(shí)候，其實(shí)還有一個(gè)非常重要的指標(biāo)，那就是功耗！天河二號(hào)的功耗上表現(xiàn)如何呢？可以說(shuō)，其在性能功耗比方面仍有待提供，雖然天河二號(hào)的運(yùn)算能力已接近Titan的兩倍，但Titan仍為500大排行榜上最省電的系統(tǒng)。

曾經(jīng)在2008年的TOP500超算排行榜中傲視群雄的IBM超算“走鵑(Roadrunner)”在2013年正式退休。而洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室宣布走鵑退休的原因是功耗太高導(dǎo)致的運(yùn)營(yíng)成本居高不下。可見(jiàn)，功耗太高已經(jīng)成為影響超級(jí)計(jì)算機(jī)是否能夠運(yùn)行下去的重要指標(biāo)。

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超級(jí)計(jì)算機(jī)究竟有什么用呢？

針對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)，大家可能又會(huì)不禁發(fā)問(wèn)，我們每年在超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)方面投入如此多的資金，究竟有什么用途呢？超算似乎離我們每個(gè)人的生活很遠(yuǎn)？是否是在浪費(fèi)錢呢？

其實(shí)則不然，一個(gè)國(guó)家的高性能計(jì)算機(jī)，直接關(guān)機(jī)到整個(gè)國(guó)家的民生問(wèn)題、國(guó)家完全問(wèn)題等。沒(méi)有高性能計(jì)算機(jī)，國(guó)家的重大科研項(xiàng)目就很難執(zhí)行，沒(méi)有超級(jí)計(jì)算機(jī)，我們就不能提供巨大的運(yùn)算能力。幾乎在所有領(lǐng)域中，高性能的計(jì)算機(jī)都起到了舉足輕重的作用。

超算計(jì)算機(jī)在天氣中的應(yīng)用如今已經(jīng)非常普遍，可以大大提高天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，捕捉大氣變化，提前預(yù)防災(zāi)害。同時(shí)在電影行業(yè)，超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也非常廣，例如3D電影的處理，是需要高性能的計(jì)算機(jī)去支持完成的。

 

▲ 超算在航空領(lǐng)域的應(yīng)用

其實(shí)在我們?nèi)粘Ｉ钪校?jí)計(jì)算機(jī)也與我們離的很近，例如經(jīng)濟(jì)、科技、交通。國(guó)防等領(lǐng)域存在一系列復(fù)雜、大型的問(wèn)題，都建立了越來(lái)越精細(xì)的物理模型，都需要超級(jí)計(jì)算機(jī)的求解。

文章總結(jié)：此次天河二號(hào)重奪TOP500榜首，而且加入了更多中國(guó)制造，我們從眾看到了我國(guó)在高性能計(jì)算方面的進(jìn)步與成果。同時(shí)在計(jì)算核心方面，我們?nèi)杂羞M(jìn)步的空間。超級(jí)計(jì)算機(jī)關(guān)系著每個(gè)人的日常生活，期待我國(guó)在高性能方面取得更顯著的成果。

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作者：tee