如何看待美國(guó)超算Summit超過(guò)神威·太湖之光?

近日，國(guó)際組織TOP 500發(fā)布了全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)最新榜單，美國(guó)超算“頂點(diǎn)”奪冠。此前曾四連冠的中國(guó)“神威·太湖之光”位居亞軍。不過(guò)，在上榜超算總數(shù)上，中國(guó)仍居第一。中科院計(jì)算機(jī)研究所并行軟件實(shí)驗(yàn)室主任張?jiān)迫獙?duì)此發(fā)表了一定的見解：對(duì)美國(guó)超算是如何反超中國(guó)、中國(guó)超算存在的問(wèn)題以及中國(guó)超算的未來(lái)做出了分析。

美國(guó)超算Summit超過(guò)神威·太湖之光，在最新的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中排名第一。

6月25日公布的超算TOP500的前十名

美國(guó)如何重返榜首

超算TOP500每年發(fā)布兩次，我們國(guó)家的天河2號(hào)和太湖之光，分別六次和四次拿到冠軍，一共十次，相當(dāng)于連續(xù)五年占據(jù)了TOP500的冠軍位置。

超級(jí)計(jì)算機(jī)“神威·太湖之光”

美國(guó)政府為此很著急。

之前由于奧巴馬政府對(duì)超算不夠重視，奧巴馬只是在第二個(gè)任期快結(jié)束的時(shí)候才發(fā)布了一項(xiàng)總統(tǒng)令，加快超算研制的創(chuàng)新步伐。 而特朗普就任以后，卻對(duì)超算極其重視，在砍掉了很多科學(xué)研究預(yù)算的情況下，超算的預(yù)算不但沒(méi)砍，反而增加了。

幾年前，美國(guó)部署了三臺(tái)百P（相當(dāng)于十億億次）量級(jí)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒的運(yùn)算速度可以達(dá)到100P到200P左右，分別是Summit、Sierra、Aurora三臺(tái)機(jī)器。目標(biāo)有三個(gè)：第一當(dāng)然是為美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)世界領(lǐng)先的超級(jí)計(jì)算模擬系統(tǒng)，保持美國(guó)科學(xué)創(chuàng)新的領(lǐng)導(dǎo)地位；第二是希望保持美國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)研制上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和領(lǐng)先水平；第三就是希望把TOP500第一的位置奪回來(lái)。

為此美國(guó)大概撥款了5個(gè)億美元的預(yù)算，計(jì)劃在2018年年底推出第一臺(tái)機(jī)器，重返Top500榜首。

但是美國(guó)終究無(wú)法繼續(xù)容忍中國(guó)再霸占世界TOP500的冠軍位置半年，將原來(lái)的計(jì)劃提前了半年，于今年6月份就調(diào)整計(jì)劃推出了Summit、Sierra兩臺(tái)機(jī)器，作為雙保險(xiǎn)爭(zhēng)奪世界第一，Summit直接將峰值性能提升到200P，終于如愿奪回世界第一的位置，美國(guó)也松了一口氣，重新找到老大的感覺。

其實(shí)，美國(guó)最早是想用峰值180P的Aurora來(lái)作為種子選手爭(zhēng)奪世界第一的，但是由于英特爾負(fù)責(zé)研制的新Xeon Phil加速器無(wú)法按期完成，只好修改合同，直接去研發(fā)2021年完成的百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)A21。

美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit

此前中國(guó)的超算如何奪得多次冠軍？

如果畫一條中國(guó)超算的性能發(fā)展曲線的話，可以看到，中國(guó)的超算實(shí)際上是從一窮二白做起的。在2002年之前，TOP500上就沒(méi)有中國(guó)的超算，或者說(shuō)中國(guó)超算本身就很少。從2002年之后，經(jīng)過(guò)15年的高速發(fā)展，中國(guó)超算的上榜數(shù)量，包括性能都是指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，以旱地拔蔥的方式一躍而起。

中國(guó)超算的跨越式發(fā)展

原來(lái)是美日歐三大集團(tuán)瓜分世界超算TOP500的前三名，像馬拉松一樣，他們平穩(wěn)地跑在第一方陣。而中國(guó)就屬于從隊(duì)尾直接沖到了第一方陣中的選手，我們超過(guò)了第三名的歐盟，超過(guò)了第二名的日本，最后又超過(guò)了美國(guó)，成為世界第一。15年的時(shí)間很不容易，從一窮二白到最后成為世界第一，中國(guó)超算機(jī)器的研發(fā)水平，現(xiàn)在確實(shí)是世界領(lǐng)先的，處在第一方陣的靠前水平。

中國(guó)超算走過(guò)了一條比較特殊的路，就是機(jī)器發(fā)展拉動(dòng)應(yīng)用需求，也就是說(shuō)我們機(jī)器的水平是超過(guò)了應(yīng)用需求的。這是一種政府主導(dǎo)的快速發(fā)展模式。這個(gè)路現(xiàn)在是比較成功的。我們機(jī)器發(fā)展比較快，也帶動(dòng)應(yīng)用的水平快速提升。但是未來(lái)我們希望能夠用5到10年的時(shí)間，把這種發(fā)展模式轉(zhuǎn)變成應(yīng)用需求來(lái)拉動(dòng)機(jī)器發(fā)展，這樣更科學(xué)更合理。這種發(fā)展模式，也是西方發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)在的發(fā)展模式。

現(xiàn)在來(lái)看，我們已經(jīng)連續(xù)兩年拿了戈登貝爾獎(jiǎng)（編者注：該獎(jiǎng)設(shè)立于1987年，主要頒發(fā)給高性能應(yīng)用領(lǐng)域最杰出成就，通常會(huì)由當(dāng)年TOP500排行名列前茅的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用獲得），說(shuō)明應(yīng)用水平提高還是很快的！

中國(guó)團(tuán)隊(duì)獲得戈登貝爾獎(jiǎng)

近五年來(lái)，中國(guó)占據(jù)了TOP500的榜首，原因之一是我們的發(fā)展道路（機(jī)器發(fā)展拉動(dòng)應(yīng)用需求），但是也有運(yùn)氣成分，因?yàn)檎锰幵诿廊諝W的低潮期。

在這五年里，美日歐的研制計(jì)劃都比較弱。日本國(guó)內(nèi)對(duì)于要不要拿TOP500世界第一也有一些分歧，結(jié)果日本國(guó)會(huì)沒(méi)有撥款，所以日本的研發(fā)計(jì)劃一再拖延。歐盟是因?yàn)樗旧頉](méi)有實(shí)力自己研制，只能購(gòu)買美日等國(guó)的產(chǎn)品。美國(guó)是因?yàn)檎锰幵趭W巴馬政府不重視的時(shí)期，預(yù)算被調(diào)整，本身的研制周期也出了問(wèn)題。

所以我們找到個(gè)空檔，打了勝仗，這是難得遇到的歷史機(jī)遇。

超算TOP500中美國(guó)與中國(guó)的份額對(duì)比

中國(guó)的超算存在哪些問(wèn)題？

我們也面臨很多的困擾，我們的機(jī)器發(fā)展比較快，但是相應(yīng)的應(yīng)用和軟件研制這塊有點(diǎn)滯后，沒(méi)有完全跟上，可能有投資原因，還有各種人才培養(yǎng)周期的原因。但是現(xiàn)在我們也在積極的解決這些問(wèn)題，后期國(guó)家對(duì)軟件研發(fā)、對(duì)人才的培養(yǎng)都加大了投資力度。這些問(wèn)題還需要5到10年的時(shí)間去解決，達(dá)到平衡狀態(tài)。

而比這次Summit拿下冠軍更值得關(guān)注的，我認(rèn)為是新一代的百億億次競(jìng)爭(zhēng)。

美國(guó)這次雖然拿了第一，但與中國(guó)的太湖之光所釆用的體系架構(gòu)相比，并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。太湖之光的峰值是125P，美國(guó)的Summit是187P，沒(méi)有量級(jí)上的性能差別。只是說(shuō)由于Summit的投資力度大、研發(fā)時(shí)間晚，采用了新的工藝和技術(shù)，它的峰比太湖之光高一些，但是其在架構(gòu)和技術(shù)上并沒(méi)有拉開差距。

現(xiàn)在全球的各個(gè)國(guó)家又重視超算了，都在重新調(diào)整戰(zhàn)略。新一代的百億億次競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)從2020年開始。到底哪個(gè)國(guó)家先做出來(lái)？

百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的最大的問(wèn)題就是功耗控制，需要在半導(dǎo)體工藝上有很大的突破，才有可能把功耗控制在30兆瓦左右。如果說(shuō)功耗控制沒(méi)有發(fā)生革命性的降低，以現(xiàn)在的技術(shù)去搭建的話，它的功耗可能會(huì)達(dá)到一百兆瓦，就沒(méi)法用了。電費(fèi)也太貴，1年的電費(fèi)相當(dāng)于十億人民幣。所以國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)就是看誰(shuí)有本事在30兆瓦的功耗預(yù)算的前提下，能夠造出百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，這個(gè)是目前最大的挑戰(zhàn)。

中美的超算競(jìng)爭(zhēng)還將繼續(xù)。

中國(guó)超算何時(shí)可以重奪榜首之位？

美國(guó)重回超算排名榜首的新聞發(fā)布后，很快有消息說(shuō)，別擔(dān)心，中國(guó)9月份就可以重回TOP500的榜首了。

這個(gè)絕對(duì)是謠言。中國(guó)至少在今年是不可能重回TOP500榜首的。美國(guó)會(huì)占據(jù)排行榜第一名的位置大概至少兩年的時(shí)間，蟬聯(lián)四次冠軍是有可能的。

至于在2020年有沒(méi)有可能？也許有可能。

我國(guó)的計(jì)劃應(yīng)該是在2020年左右，憑借百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)重新去奪回世界第一的位置。但是能不能奪回來(lái)，也很難說(shuō)，因?yàn)槊绹?guó)、日本、歐盟也在強(qiáng)化研制下一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)，他們都是計(jì)劃在2021年左右推出，到底最后第一是誰(shuí)還不一定。