超算TOP500美國重返榜首 中國怎能坐以待斃？

最近，美國超算登頂了世界第一，對於重返世界第一不知道美國的超算領域作何感想，但的確值得關注和祝賀。就在近日，德國法蘭克福召開的全球超算大會上，公布了最新的全球超級計算機500強榜單，其中來自美國的超級計算機「Summit」排名第一，來自中國的超算「神威·太湖之光」位列第二，第三名則是來自美國的「Sierra」。從前三名的排名布局我們不難發現，在中國超算佔據世界首位幾年之後，美國的超算技術已經以迅雷不及掩耳的勢頭追趕上來了。

就在上一屆的排名當中，中國的「神威·太湖之光」和「天河2號」包攬了榜單的前兩名，當時也是繼美國霸佔榜單前三名20年來首次跌出榜單前三甲，這一次，美國重返首位當然要歸功於半導體產業的早期發展以及多年的技術積累。

其實除了中美之外，日本的超級計算水平也一直在全球市場的第一梯隊，更有消息透露稱，日本已經研發出了基於ARM架構的全新版本超級計算機架構，其理論性能遠超過太湖之光和美國的Summit，不過目前尚處於測試階段，還沒有進行量產，預計最快也要在今年的下半年才有機會對TOP500發起衝擊。

爭奪超算霸主地位 意義何在？

對於超級計算機來說，其運算性能遠遠超乎我們的想像，可以說它是上知天文，下曉地理，什麼都能計算，可能是夜觀天象，也可能是解開宇宙奧秘等等，並且近些年已經在一些落地的應用當中開始運用超算設備來幫助人類提升效率。

在材料合成、礦產勘探等很多領域超算已經開始扮演著舉足輕重的角色，不只是這些，從大的社會風向到小的個人人格特徵定位也在超算的運算範圍當中，未來在很多軍事領域當中超算也將發揮巨大作用。

美國：雖奪冠，但市場份額大幅下降

另外，由於Summit超算使用基於14nm工藝的Power架構加上基於12nm的NVIDIA GPU，在每瓦能效表現方面要明顯比使用28nm工藝晶元的太湖之光更有優勢，才用類似架構的第3名超算架構也有類似的能效表現。

CPU仍是超算主角，GPU挑戰很大

我們都知道，在過去的很長一段時間當中，超算主要的架構是以RISC為主，後來逐漸轉向x86架構，近些年隨著深度學習以及AI計算的需求量在不斷的增加，使得GPU在超級計算架構當中的重要程度以及市場份額在不斷加大，在去年底公布的TOP500榜單當中就有將近90款超算平台在使用GPU進行加速。

當然了，雖然GPU活著其他計算加速架構的引用越來越多，但是純CPU的超算架構佔比仍然還是接近8成，很多國家的超算平台應用過程當中還在不斷的推出新的CPU架構，這其實也從側面證明了在超級計算領域當中CPU還是有很大的發揮空間。

我們可以看到的是，不只是英特爾的x86架構，像MIPS、ARM以及Power架構等很多傳統的RISC架構都在證明CPU的輸出性能並不比GPU的性能差，當然，應用到超算中的CPU架構已經不是純粹的CPU，更多包含了許多輔助的數學計算核心，甚至英特爾才剛推出的神經網路處理器就整合了FPGA架構，這些架構也都證明了自己的效能和效率都不下於GPU，雖然NVIDIA的GPU架構在伺服器當中擁有崇高的地位，但是在超算領域仍是挑戰者。

神威·太湖之光：能耗有待提升

中國的神威·太湖之光採用的是純CPU計算架構的組合，並沒有用到英特爾的處理器晶元，也並沒有使用GPU計算架構，但是其運算能力卻超過了除Summit以外的其他架構組合，但是在能耗方面還是稍顯弱勢，需要進一步進行改進。

在神威·太湖之光超算平台當中所使用的是申威26010在單一晶元中整合的超過260個計算核心，在整個超算平台當中應用了40960顆晶元，核心數量高達10649600個，單純的核心數量並不是最多的，但是其輸出的性能則遠遠超過此前的天河2號，超出了將近3倍的計算性能。

但是申威26010架構因為過於特化，其單核心的效率非常低，甚至比英特爾的Atom和主流ARM架構還要低，也不適合用在主流的一般消費性計算上。其優勢在於強大的互聯與協同工作能力，突破過去超算架構在計算晶元數量達到一定程度時，計算效能的增長就會逐步降低的傳統天險。

英特爾的「潛力架構」

來自英特爾的Nervana架構雖然在本次的榜單當中並沒有太多的出彩，但是有很多業內專家表示，Nervana則是未來超算平台當中的一隻「潛力股」，我們都知道，在超算領域目前英特爾所面對的不只是來自IBM的Power架構的挑戰，還有像中國的申威，以及ARM等等強敵都對英特爾在計算架構層面構成了不小的威脅。

英特爾深知，如果堅持維持現有CPU計算架構的話，那麼在超算架構的市場當中，英特爾遲早會被淘汰掉的，當然不能坐以待斃了。在專用加速計算架構的研究過程當中，英特爾已經擁有了很長的研究歷史了，採用的是龐大數量的小核心所組合起來的單一晶元架構，其實與申威、PEZY的作法相當類似，但是成本高，而能效也沒有特別出色，導致使用率一直無法有效提高。

過去Xeon Phi在Top 500超算中的應用比例遠低於NVIDIA，主要還是性能價格比較弱，及針對目前已經成為主流的AI加速應用的生態完整度還是有落差，英特爾期望能通過結合Nervana、Altera以及既有優勢CPU技術的Spring Crest架構，確保其在伺服器領域的優勢地位能夠維持下去。

寫在最後

從本次的世界超算的「大比拼」當中我們可以發現，超級計算領域作為衡量一個國家技術發展水平的重要參考指標，在很大程度上代表了一個國家，一個產業的技術發展實力，這麼說雖然有些狹義，但是計算性能的提升對於國家眾多領域和行業技術水平的發展確實起著非同尋常的作用。

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