美國SUMMIT登頂後，我們再來談談超算

在剛剛過去的6月25日，top500組織公布了最新的全球最快的500台超級計算機的列表。果然，美國最新的超算SUMMIT超過了連續多次把持第一名的中國神威太湖之光，登上了世界最快超算的寶座。SUMMIT的峰值運算速度比神威太湖之光快約60%。在本人上一篇拙作《中國超算的逆襲之路》里，本人介紹了截至到2017年11月的全球超算形勢，以及國產超算的CPU和加速器。

中國超算的逆襲之路

在那篇文章里，筆者覺得還有些意猶未盡，還有些事情沒有講到，本文將給予補充，另外，再看看最新公布的top500榜單有什麼細節變化，這就是本文的內容。

超算的用途

網上還有些人糾結於「超算有什麼用」，「是不是用來充門面的」之類可笑的問題，本人就簡單介紹一下。在《中國超算的逆襲之路》一文中我已經講過，超算不同於雲計算，超算主要應用於相互關聯的密集的科學計算領域。具體來講有這樣幾方面：

1. 軍事科研領域。

《解放軍報》曾經總結過超算在軍事領域的應用，主要集中在四個方面：

第一是設計製造，例如坦克和裝甲車輛，在研製階段必須進行顛簸，碰撞和抗打擊性能試驗，戰機和艦艇在設計製造時要進行複雜的空氣力學和流體力學分析和試驗，彈道導彈在飛行過程中實施變軌，鎖定目標等技術，都離不開超級計算機對彈道的精確計算和模擬。軍迷們熟悉的研製殲20戰鬥機的中航成都611所就有一台超算。

第二是情報的獲取和分析，包括密碼解讀和偵察衛星照片分析

第三是戰爭設計與模擬

第四是核爆炸模擬

另外，在網路攻擊與防禦方面，超算也有很大用處。

2. 國民經濟領域

石油開採行業需要對模擬地震的數據進行大量分析計算，找出地下可能埋藏石油的位置。事實上，我國在上世紀八十年代進口的許多台超算主要就是應用在這方面。

橋樑和建築設計時的力學分析與模擬。

銀行大數據處理。

天氣預報。

等等等等

3. 科研領域

更多了，幾乎每個學科的前沿，都有需要大量分析數據和進行模擬的需求。

以國家超級計算機廣州中心（主要是天河2及天河2A超算）的應用來看（截至到2017年9月）：已經有超過2000家研究機構，大學和企業使用超算，運行了超過800個國家級項目和超過80個廣東的項目。

天河2A的應用介紹

比較有趣的項目之一：國防科技大學（NUDT）航太學院的超然衝壓發動機的高超音速燃燒模擬

天河2A的應用舉例

比較有趣的項目之二：西安電子科技大學的基站室內電磁污染分析

天河2A的應用舉例

超算的核心技術：

隨著CPU廠家將介面標準化和開源軟體的發展，網上出現了許多教你使用開源軟體和商用硬體組裝超算的方案。於是很多人覺得超算很容易造，算不上什麼高技術。其實不然。目前來看，使用開源軟體和商用硬體組裝的超算在效率和規模上仍然無法和專業超算廠家的產品相比。當超算的計算節點數超過一定數量，整體運行效率就很難提高了。超算的核心技術除了CPU之外，還包括下面這些技術：

結構體系，網路技術，CPU之間的高速匯流排，緩存技術，分散式存儲技術，任務分配軟體，演算法函數庫，散熱技術等，都是超算需要解決的核心問題。

舉例，美國SUMMIT超算使用了IBM的Power9 CPU和NVidia公司的GPU做加速器，通過NVidia公司的NVLink匯流排連接起來，同時，對存儲器和CPU之間的連接，使用了Infiniband互聯技術。這些匯流排技術都需要CPU介面支持或者通過專用ASIC晶元支持。

舉例，我國天河2A超算使用了Intel的至強CPU和國產Matrix2000加速器，通過國防科大的TH Express-2高速互聯介面連接，在NIC端和NRC端都有專用ASIC晶元支持，提供高達14Gbps的速率。

舉例，日本富士通公司的「京」級超算，也使用了自己研製的代號為豆腐Tofu的高速互聯技術。

舉例，我國曙光下一代E級超算和日本PEZY超算，都使用全浸沒式相變液冷技術（整台超算浸沒在冷卻液中）

總之，沒有技術積累的一般國家，實際上很難自行研製出高效率的超算。

2018年6月全球超算實力比拼

TOP500最新的榜單和2017年11月的榜單相比有了很多有意思的變化。

1. 排行榜的頭四名是：第一名美國SUMMIT, 第二名中國神威太湖之光，第三名中國天河2A，第四名美國Sierra.

2. TOP500的台數按國家分布，中國的實力比半年前又有所增強，美國的實力又有所降低。中國的台數從202台增加到206台，美國的台數由143台減少到124台。

TOP500超算台數按國家分布統計

3. 中國的超算廠家大爆發，尤其是聯想公司，從81台增加到117台，把原來排行第一的惠普企服HPE擠到了第二位。值得注意的是，中國的四家企業，聯想（Lenovo），浪潮（Inspur）,曙光（Sugon），華為（Huawei），在2018年中的總台數已經上升到254台，佔全球的一半多！這是了不起的成績。

TOP500超算台數按製造廠家統計

4. 中國的超算開始出口

我們可以看到，聯想的超算除了在我國部署得最多以外，還向

美國，荷蘭，英國等14個國家出口了52台。華為的超算除了在我國部署了8台以外，還向德國，加拿大，波蘭和瑞典出口了6台。要知道這只是TOP500榜單內的統計數字，實際上榜單外還有很多。這表明我國的商用超算已經開始被國際市場接受，開始揚帆起航，去爭奪本來是IBM，Cray，惠普等美國公司主導的國際市場。

TOP500中由聯想公司製造的超算台數按國家統計

TOP500中由華為公司製造的超算台數按國家統計

美國的警惕

中國超算的迅速發展並且在性能和數量上超越美國已經引起美國政府的警覺。除了2015年初美國商務部對中國的四家超算中心禁運Intel至強處理器和加速器以外，美國在2016年底由能源部（DOE）和國家安全局（NSA）共同起草了一份報告，提醒美國政府注意中國在超算領域的影響並且立即採取措施提升美國在超算領域的實力。原文在這個連接：

https://www.nitrd.gov/nitrdgroups/images/b/b4/NSA_DOE_HPC_TechMeetingReport.pdf

國內凡是反對超算的人都應該看看這份文件。

文中強調，在軍事方面，由於超算在幾乎所有高科技武器的設計研發製造領域都有重要作用，美國在超算領域失去優勢將帶來國家安全方面的危機。在經濟方面，由於超算是一種「賦能」設備，美國廠家失去超算的市場將對美國各行各業帶來負面影響。文章指出，由於中國廠家的超算更加物美價廉，更容易搶佔市場，而美國超算廠家則會陷入市場縮小導致成本升高，再導致市場更小的惡性循環。

文章給出的解決方案就是美國政府多撥錢，多多支持美國的超算項目。於是我們看到了這次的SUMMIT和Sierra項目，還有未來的Aurora項目。

總之，中美的超算競爭還會繼續下去。而未來除了有性能之爭，更多的是超算廠商的商業競爭。而最近幾周，中國半導體領域傳來好消息，中芯國際的14納米生產線試生產成功，良品率很高，計劃在2019年初的正式量產應該沒有什麼技術障礙了。對中國超算行業來說，這意味著明年將出現很多國產14納米的處理器。國產超算使用的申威，飛騰CPU和Matrix2000加速器晶元，都有機會使用國產14納米工藝生產，性能將再上一個台階。雖然我們還落後於三星，台積電已經量產的7納米工藝，但14納米工藝已經非常強悍了。可以預料，在兩年之後出現的國產E級超算中，使用國產14納米工藝的CPU和加速器一定會成為主流。

但是我們應該有個正確的心理預期：占國產超算絕大部分的超算產品，使用的CPU和加速器都會是美國製造。因為規模效應，美國的處理器無論是性能，價格和軟體生態方面，都比國產處理器有優勢。

在商用超算方面，我們看到聯想和華為已經走出去了，希望未來曙光和浪潮也能夠走向國際市場，與IBM，HPE，Cray們爭個高下。

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