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超級計算機不只是中美爭霸:日本欲在2021年奪取世界第一

在最新出爐的全球超級計算機TOP500的榜單中,美國橡樹嶺國家實驗室發布的超算「頂點」(Summit)奪冠,此前曾四連冠的中國「神威·太湖之光」位居亞軍。

中美兩國之間的超級計算機之爭引發熱議。但在世界範圍內,除了中美之外,日本也成為不可忽視的對手。

日本超算欲在2021年爭奪世界第一

近日,據IEEE(電氣和電子工程師協會)官網報道,日本計算機巨頭富士通和日本最大的研究機構——日本理化研究所(RIKEN)已經開始對下一代超級計算機進行現場測試,他們認為這將使日本重新回到全球超級計算機排名的領先位置。

Post-K超級計算機的原型單元包含2個Arm8A-SVE水冷CPU

這台下一代超級計算機被稱為「Post-K超級計算機」(Post-K supercomputer)。富士通官方發布的信息稱,雙方合作的目標是「創造世界上性能最高的超級計算機」,「其應用執行性能是京超級計算機的100倍」。他們計劃在2021年前後在屬於政府的理研中心安裝這台加強型機器。

屆時,如果執行成功,那麼Post-K超算將進入百億億次級別(exascale),1 exaflops表示每秒一佰京/一億億億(10的18次方)次浮點運算,1京代表1兆的1萬倍。

日本現在最強的超算也是上述兩家機構合作開發的京(Kyo),它的名字來源於日本數字,京K的名字就來源於日文單詞Kei。京是首個達到1億億次性能的超算,憑此拿下了2011年兩次TOP500冠軍,是2004年日本的地球模擬器超算被擠下第一之後日本再次拿到TOP500第一。

京超級計算機

與現有的超算相比,Post-K超算最大的變化就是處理器從SPARC64架構全面轉向ARM,此前富士通已經宣布推出自主研發的ARMv8 SVE(可伸縮矢量擴展)晶元,使用了512bit浮點運算單元,每個節點使用48核+2輔助核,IO及計算節點則是48核+4輔助核結構。

出於戰略原因,富士通和理研都沒有透露Post-K超算的節點總數。但是,位於神戶的理研計算科學中心主任松岡聰(Satoshi Matsuoka)說,「這將是世界上最大的Arm系統,事實上,它可能是世界上最大的超級計算機。」

目前,Post-K超算已經完成了CPU原型開發,正在進行功能測試。根據富士通公布的信息,Post-K京超算的性能將是目前的100倍,也就是達到百億億次,而功耗只有30-40MW(1MW=1000KW),相比之下京超算的功耗是12.7MW,也就是說日本下一代超算用3倍左右的功耗實現了100倍的性能提升。

中美超算之爭,中國還有反超機會嗎?

始於1993年的全球超級計算機500強榜單,由國際組織TOP500編製,每半年發布一期,是給全球已安裝的超級計算機排座次的知名榜單。

美國超算上一次在這個榜單上奪冠,還要追溯到2012年11月佔據榜首的「泰坦」。隨後,中國的「天河二號」和「神威·太湖之光」連續5年佔據頭名位置。

中國長期在超級計算機領域保持的優勢,對美國政府和研究機構觸動很大,也促使美國加大投入研發新一代超級計算機。尤其是特朗普就任以後,卻對超算重視有加,在砍掉了很多科學研究預算的情況下,超算的預算不但沒砍,反而增加了。

這次「頂點」以每秒12.23億億次的浮點運算速度奪冠,也突顯了美國想要繼續保持全球超級大國地位,在超算領域重回榜首的決心。「高性能計算對於國家安全、經濟競爭力和應對科學挑戰的能力來說至關重要,若算力不足,很難維持科技發展的持續領先。」清華大學教授、國家超級計算無錫中心主任楊廣文曾在接受媒體採訪時稱。

那麼對於中國來說,面對美國、日本等國家的挑戰,未來能否有機會再次實現反超?

從最新公布的榜單看,美國在本期超算榜單的頂部取得優勢,但中國仍在一些指標上名列第一。例如,在上榜的超算總數上,中國以206台位居第一,而美國只有124台。從研發超算的廠商來看,中國聯想以119台上榜而獲得第一。

至於榜首的你追我趕,在業界看來,未來很有可能是E級超算的天下。E級超算被全世界公認為超算界下一個世界冠軍,它的運算能力可以達到百億億次超級計算,相比之下現在的「頂點」是十億億次級別。目前,中美日歐都有「E級超算」規劃,相關研發正在緊鑼密鼓推進中。

今年5月在天津舉辦的第二屆世界智能大會上,中國國家超算天津中心對外展示了新一代百億億次超級計算機「天河三號」原型機。有關負責人表示,「天河三號」有望在2020研製成功。


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