《电子技术应用》

中美超级计算机实力对比

作者:王伟
2018/8/6 13:14:00

  今年6月,最新的超算TOP 500榜单公布,美国能源部田纳西州橡树岭国家实验室 (Oak Ridge National Lab)推出的超级计算机“Summit” (顶点)夺得冠军,此前连续四届占据TOP 500榜首的神威·太湖之光退居第二。数据显示,Summit 20亿亿次的性能比神威·太湖之光高出60%。虽然我国痛失超算榜首位置,但从上榜的超算总数上看,中国以206台位居第一,占比超40%,而美国只有124台。可以说,双方各有胜负。

  美:长期占据榜首 芯片竞争优势明显

  在超级计算机的发展历史中,美国一直独占鳌头,这不容否认。只有在近几年,中国的超级计算实力奋起直追,才可与之相争。尽管如此,在历届超级计算机榜单上,美国拥有的机器数量大部分时间超过了中国,且美国在超级计算机排行榜TOP500中的总数量也居于全球首位。

  除数量外,在超级计算机芯片领域,美国一直以来居于绝对的领先地位。在十几年前,超级计算机芯片供应商只有英特尔、IBM两家公司,英特尔与IBM型成了相对平衡双寡头局面。而之后AMD又参与了超级计算机芯片竞争,2015年,因美国开始对中国超级计算机领域施行芯片禁运,痛定思痛之后大力投入超级计算机研发工作。然而现状来看,美国英特尔公司仍是全球芯片领域的老大,在最新TOP500榜单上的500台超算中,就有476台使用英特尔的芯片。

  中:进展神速 以自主研发突破困局

  在2008年的全球500强超级计算机榜单里,前几名被美国包揽,而且前100名里中国一席身影都没有。这种状况一直持续到2010年,深圳国家超算中心星云超级机实现了前100名零的突破,一举取得了世界第二的排名。随后这一情况势如破竹,2011年,中国天河1A超级计算机超过原排名第一的美国美洲虎系统取得了世界超级计算机的第一把交椅。紧接着从2013年起,我国的超级计算机就一直占据着世界超级计算机排名的第一位。直至本次被美国“Summit”逆袭。但这一败绩不会持续太久,此前5月在天津举办的第二届世界智能大会上,中国国家超算天津中心对外展示了我国新一代百亿亿次超级计算机“天河三号”原型机,有望在2020年研制成功并重回超算榜首。

  除了TOP500榜单的冠军的争夺,在上榜超级计算机的数量上,中国的优势也在持续扩大。最新榜单显示,500台超级计算机中,中国以206台位居第一,占比超40%,而美国只有124台。

  而且,我国的超级计算机,在自主可控方面的发展取得巨大进展。我国超算最高性能的代表,神威·太湖之光全部使用 “申威26010”处理器,搭载神威睿思操作系统,实现软件和硬件全部国产化;天河一号、天河二号、天河三号全部采用的是国产CPU。(天河一号刚出来夺得世界第一,当时确实是用英特尔处理器,后来美国对高端芯片禁止出口,天河一号也全换成国产处理器。)

  下一代超算:需解决并行计算和异构计算两大难题

  面对中美在超算上的竞争,欧盟、日本、加拿大等都不愿意屈居人后,纷纷布局下一代超算,做技术储备。

  不少人认为,构建超级计算机就是在做芯片处理的加法,处理器(CPU)越多,计算速度也就越快。事实并非如此。打个比方,三人共同协作完成任务,除去正常开展任务工作外,还需要耗费人力进行任务分解、任务分配、结果归总等管理工作。管理工作不科学,总体工作效率会大幅降低。所以,和普通计算机相比,超级计算机还有并行计算和异构计算两大难题需要解决。

  并行计算是指同时使用多种计算资源解决计算问题的过程,是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。它的基本思想是用多个处理器来协同求解同一问题,即将被求解的问题分解成若干个部分,各部分均由一个独立的处理机来并行计算。并行计算的目的是为了加快求解速度,扩大求解规模。

  异构计算是指使用不同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式。不同种类的处理器都有适合其处理的任务类型,比如CPU适合做串行、逻辑复杂度高的任务;GPU主要用于图形处理和矩阵运算,适合做简单、并行度高的任务;TPU(Tensor Processing Unit,张量处理单元)是为机器学习定制的芯片,主要用于人工智能领域。


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