挑戰(zhàn)神威太湖之光 日本超算有什么獨(dú)到之處？

在中國神威太湖之光率先將性能沖到100P后，日本也按捺不住了，日本富士通發(fā)布了要建1000P超算的PPT，而且還引ARM為外援。也許有人會問，能成么？

其實(shí)，日本在超算上的技術(shù)實(shí)力并不差，而且還曾經(jīng)有過京這樣曾經(jīng)雄踞TOP500榜首的大機(jī)器，雖然在TOP500上被后來者超越，但在Graph500上依舊雄踞榜首。只是日本經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷和時(shí)運(yùn)不濟(jì)，日本超算逐步被中國和美國拉出了距離。

（日本京）

日本超算京才是世界第一？

就在神威太湖之光在TOP500榮登榜首之際，日本經(jīng)濟(jì)新聞報(bào)道，“神威太湖之光雖然排名比較靠前，但其適合的領(lǐng)域有限，對于用戶而言是比較難用的機(jī)器”，日本很多相關(guān)人士表示，“超級計(jì)算機(jī)要有用才行”。

日本東京工業(yè)大學(xué)教授松岡聰說——

“京與神威背后的設(shè)計(jì)思想有很大的不同，京是通過擴(kuò)充海量內(nèi)存，可廣泛應(yīng)對各種現(xiàn)實(shí)運(yùn)算的超級計(jì)算機(jī)。在500強(qiáng)中速度雖然僅為神威的九分之一，但京即使面對復(fù)雜的運(yùn)算也不容易減速。神威雖然排名比較靠前，但被認(rèn)為其適合的領(lǐng)域有限。松岡表示神威對于用戶而言是比較難用的機(jī)器，這點(diǎn)不可否認(rèn)?！?/p>

為此，筆者咨詢了業(yè)內(nèi)專家，他認(rèn)為松岡說的有一定道理，并表態(tài)：

“客觀地說，如果我自己出錢買的話，我選擇京”。

也有業(yè)內(nèi)專家表示——

“畢竟異構(gòu)眾核是大趨勢。。.。。.從計(jì)算性能上看，神威太湖之光依然是世界第一”

京有什么獨(dú)到之處？

雖然京在Linpack性能上大約是神威太湖之光的九分之一，盡管日本目前并沒有建設(shè)出能與天河2號、神威太湖之光相匹敵的超算，但就京本身而言，還是有其獨(dú)到之處的。

2016年7月，在Graph500排行榜上，京連續(xù)第三次奪得冠軍——

在測試中京用0.45秒時(shí)間成功解開了由大約1萬億個(gè)根節(jié)點(diǎn)及16萬億個(gè)分支節(jié)點(diǎn)組成的大規(guī)模圖表廣度優(yōu)先搜索問題?；鶞?zhǔn)測試得分為38621GTEPS。排名第二的是中國的神威太湖之光，成績?yōu)?3756GTEPS；排名第三的是美國的紅杉，為23751GTEPS，排名第四的是美國米拉，14982GTEPS。什么是Graph500呢？其實(shí)，除了強(qiáng)調(diào)Linpack性能的TOP500，還有強(qiáng)調(diào)內(nèi)存帶寬和延遲的Graph500，和強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保的Green500。

Graph500對全系統(tǒng)的內(nèi)存帶寬和內(nèi)存延遲有很高的要求，而計(jì)算能力本身已經(jīng)不影響測試結(jié)果了，這種測試偏向于訪存密集型運(yùn)算，在大數(shù)據(jù)分析以及大規(guī)模圖表分析等場景下比較有意義。

近年來，有觀點(diǎn)認(rèn)為Linpack測試已經(jīng)過時(shí)了，TOP500創(chuàng)始人之一的田納西大學(xué)教授Jack Dongarra就提出了HPCG測試，與Linpack關(guān)注線性方程的計(jì)算性能不同，HPCG更加看中整體性能的平衡，能代表了共軛梯度迭代法的一類應(yīng)用的計(jì)算和通信特征，但也僅僅代表了某一個(gè)方面的特征，并不能涵蓋超算的所以特征。如果計(jì)算性能和通信不是一個(gè)量級的，即便兩項(xiàng)指標(biāo)分開看都很強(qiáng)，但也會導(dǎo)致HPCG偏低的結(jié)果。截至目前，HPCG還沒有被業(yè)界廣泛接受。

在HPCG測試中，京的表現(xiàn)也不錯(cuò)，僅次于天河2號，成績?yōu)?54.4TFLOPS，天河2號的成績?yōu)?80TLFOPS，位列第三的神威太湖之光HPCG性能是371.2TFLOPS。如果用代表運(yùn)算實(shí)際效率的HPCG/HPL這項(xiàng)指標(biāo)看，天河2號的HPCG/HPL參數(shù)為1.1%，神威太湖之光的HPCG/HPL參數(shù)為0.4%，而京的HPCG/HPL參數(shù)為4.9%。HPCG更看重綜合性能，要求計(jì)算性能、內(nèi)存帶寬、延遲等指標(biāo)兼顧，一旦出現(xiàn)某項(xiàng)性能特別強(qiáng)的情況，也就是出現(xiàn)偏科的情況，即便幾項(xiàng)指標(biāo)都不差，也會出現(xiàn)HPCG運(yùn)算速度偏低的情況。

計(jì)算和通信的不平衡導(dǎo)致HPCG/HPL偏低

神威太湖之光HPCG/HPL偏低的原因就在于計(jì)算性能和通信等要素之間的不平衡程度較高——神威太湖之光之所以能在TOP500排名第一、Green500排名第三、在Linpack浮點(diǎn)性能93PFLOPS、Linpack效率高達(dá)74.16%的情況下，性能功耗比達(dá)到6G/W，做到了兼顧計(jì)算性能和節(jié)能環(huán)保，而且這還是在處理器的制造工藝落后Intel兩代，采用28nm制造工藝的情況下做到的，原因就在于借助大量處理器并行來提高運(yùn)算速度，同時(shí)通過降低耗電極大的存儲器性能來削減能耗，這會加重綜合性能上的不平衡——這種不平衡并非是計(jì)算性能差，或者互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)差——在計(jì)算性能上神威太湖之光是頂級的，在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)方面，神威太湖之光只是主流水平，還稱不上頂級的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)正是因?yàn)橛?jì)算和通信上的不平衡，導(dǎo)致神威太湖之光HPCG/HPL參數(shù)偏低。

而京在這項(xiàng)參數(shù)上之所以高，就是因?yàn)殡m然在計(jì)算性能和通信并非頂級水平，但因?yàn)橛?jì)算性能和通信屬于一個(gè)量級，加上屬于同構(gòu)超算的因素，所以HPCG/HPL參數(shù)會比較高。

這兩個(gè)測試的意義在于說明了京的易用性較好，而且通過擴(kuò)充海量內(nèi)存，可廣泛應(yīng)對各種現(xiàn)實(shí)運(yùn)算，具有較廣的應(yīng)用面，而且在計(jì)算性能和通信上做的非常均衡。相比之下，神威太湖之光就屬于各方面性能都不錯(cuò)，但計(jì)算性能特別強(qiáng)悍的類型，在均衡性上是不如京的。但這并不意味著神威太湖之光就不如一臺幾年前的大機(jī)器，實(shí)際上，在絕對性能和在神威太湖之光所擅長的應(yīng)用上，京是無法企及的。

日本下一代超算會是什么樣？

在德國法蘭克福舉辦的國際超級計(jì)算機(jī)大會上，日本富士通公司透露它的下一代超級電腦Post-K將使用ARMv8 架構(gòu)，根據(jù)富士通公布的計(jì)劃Post-K計(jì)劃在2020年推出，計(jì)劃應(yīng)用性能是K的100倍，也就是性能將達(dá)到1000 PFLOPS，換言之就是神威太湖之光性能的10倍。

另外，富士通還公布了可以用于建設(shè)100P超算的技術(shù)儲備——SPARC64 XIfx處理器，該款處理器有32個(gè)核心用于計(jì)算，2核心用于運(yùn)行OS服務(wù)，有點(diǎn)類似于BlueGene/Q，采用20nm制造工藝，雙精浮點(diǎn)性能超過1TFlops。至于日本能不能將技術(shù)圖紙變成現(xiàn)實(shí)，只能有時(shí)間來檢驗(yàn)了。