亚洲 a v无 码免 费 成 人 a v,性欧美videofree高清精品,新国产三级在线观看播放,少妇人妻偷人精品一区二区,天干天干天啪啪夜爽爽av

備受關(guān)注的下一代超級計算機——E級超算系統(tǒng)終于問世。這個進展標(biāo)志著超級計算新時代的到來，也讓美國在計算速度上重新奪回了世界第一。

這臺只需要一秒鐘就能計算百億億次的機器，是位于美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的巨型計算機系統(tǒng) “前沿（Frontier）”。當(dāng)?shù)貢r間5月30日，全球超算盛會ISC22在德國漢堡市開幕，會上發(fā)布了第59屆全球超算前500強榜單（TOP500）。TOP500官網(wǎng)寫道：“前沿” 不僅是有史以來最強大的超級計算機，而且是第一臺真正的E級計算機器。

圖12022年6月公布的第59版Top500超級計算機排名（前5名列表）| 圖源：Top500官網(wǎng)

在運算速度上，“前沿” 有著非常顯著的優(yōu)勢，比榜單上第二名的日本“富岳”在算力上拉開兩倍以上的差距。不過，還不光是如此，美國加州大學(xué)計算機工程博士劉少山指出，超級計算機是一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，任何一個短板都可能成為算力的瓶頸，因此 “前沿” 超級計算機的突破背后，是在多項技術(shù)上的領(lǐng)先。

圖2 美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的巨型計算機系統(tǒng) “前沿（Frontier）” | 圖源：olcf.ornl.gov/

過去，關(guān)于如何衡量超級計算機的進展，學(xué)界沒有公認的最佳標(biāo)準(zhǔn)。1990年代初期，美國田納西大學(xué)電氣工程和計算機科學(xué)杰出教授杰克·唐加拉（Jack J. Dongarra）使用Linpack代碼，創(chuàng)造出衡量超級計算機能力的測試。有了Linpack，科學(xué)家可以知道超級計算機每一秒運行多少次計算，進而可以比較哪臺機器是地球上運行最快的。

在唐加拉等人的主持下，從1993年開始，全球超級計算機500強榜單TOP500開始發(fā)布，每半年公布一次。不同以往的是，今年這次的榜單很有看頭。美國超算系統(tǒng) “前沿” 以1.102 Exaflop/s（每秒110.2億億次）的Linpack峰值性能登頂TOP500，實測性能成功突破1 Exaflop的障礙，E級超算終于到來。

“前沿” 由美國能源部負責(zé)運營。這個龐大的超級計算機系統(tǒng)由74個機柜組成，可容納9408個節(jié)點。它配備AMD公司的處理器，共有超過873萬個內(nèi)核，系統(tǒng)能效比為52.23GFlops/W，依靠千兆以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)顯示，榜單第二名超算系統(tǒng)，亦即日本 “富岳” 的Linpack基準(zhǔn)測試峰值性能為每秒44.2億億次，不到 “前沿” 的一半。

圖3 “前沿” 節(jié)點圖 | 圖源：olcf.ornl.gov/

E級超算此前被認為是超級計算機領(lǐng)域的 “下一頂皇冠”。所謂E級超算，是指能在一秒鐘實現(xiàn)百億億次數(shù)學(xué)運算的超級計算機。一般情況下，要能夠被稱為E級計算機，雙精度浮點運算能力峰值或超算TOP500的HPL（High Performance Linpack）實測性能要達到E級，并要滿足系統(tǒng)能耗比、內(nèi)存容量、存儲容量等方面的要求。

早在2008年，國際高性能計算界就提出了E級計算機的議題，并開始了研討和預(yù)研工作。近年來，世界各國紛紛設(shè)立E級超算相關(guān)研究專項，包括美國的ECP、歐洲的EuroHPC、中國的 “高性能計算專項” 等。

“前沿” 是美國ECP計劃（美國能源部E級計算計劃，Exascale Computing Project）重點資助的項目。2016年，美國能源部公布ECP計劃，投入18億美元用于研制三臺E級計算機，又投資18億美元用于應(yīng)用研發(fā)。

根據(jù)當(dāng)初的計劃，英特爾和阿爾貢國家實驗室主導(dǎo)研制的“Aurora”原本預(yù)計2021年交付，在性能上突破1EFlops。AMD公司主導(dǎo)其余兩臺E級超算的研制，“前沿（Frontier）” 預(yù)計峰值性能達1.5EFlops，于2021年交付；另一臺 “El Capitan” 會融合 “前沿” 的技術(shù)，在2023年初交付，實現(xiàn)超過2EFlops的峰值性能，并采用針對高性能計算和AI工作負載而優(yōu)化的新型架構(gòu)。

現(xiàn)在看來，“前沿” 的交付時間雖然比預(yù)計晚了一些，但早于ECP布局的 “Aurora” 先跨越了這一里程碑。據(jù)報道，因英特爾供應(yīng)鏈?zhǔn)苡绊懀珹urora所需的處理器和GPU延期交付，而導(dǎo)致了落后，該E級計算機預(yù)計于今年晚些時候推出。

2020年~2021年的四屆TOP500榜單，均由日本超算 “富岳” 霸占榜首。 “前沿” 問世后，“富岳” 滑至第二。芬蘭新超算LUMI奪得第三，美國IBM的Summit和Sierra分列第四、第五；曾經(jīng)在2016~2017年在該榜單上位列第一的中國的 “神威·太湖之光” 現(xiàn)在排名第六；中國的 “天河二號A” 排名第九。

圖4 “神威·太湖之光” | 圖源：china.com.cn/

雖然 “富岳” 前兩年表現(xiàn)出色，不過，在超算系統(tǒng)這個領(lǐng)域，中美才是最主導(dǎo)的玩家。中美超級計算機仍占據(jù)TOP500排行榜的一半以上，相比上一屆，中國保持在173臺不變，擁有列表中最多的超算系統(tǒng)（34.6%），美國從150臺下降到126臺（25.4%）。

在 “富岳” 被 “前沿” 超越后，《日經(jīng)亞洲評論》寫道，日本面臨的問題是如何制定 “后富岳” 時代的戰(zhàn)略，開發(fā)大型超算需要近8億美元預(yù)算，而日本的公共財政狀況正不斷惡化。在全球超算競賽中，日本正努力跟上領(lǐng)先者的步伐。在此次榜單中，來自日本的超算系統(tǒng)占比為6.8%，排在中、美后面。

今年3月，中山大學(xué)國家超算廣州中心主任盧宇彤在接受媒體采訪時總結(jié)了各國競爭態(tài)勢。她說，美國仍是超算領(lǐng)域最具競爭力的國家。日本研制和應(yīng)用的水平比較高而且有特色；歐洲雖然投入比較少，但他們的超算應(yīng)用能力比較強。中國近年來超算系統(tǒng)和應(yīng)用都取得了快速發(fā)展，進入世界領(lǐng)先行列。

北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院教授錢德沛與副教授王銳在2020年發(fā)表的評述文章《E級計算的幾個問題》中指出，自從TOP500發(fā)布以來，世界最快計算機的性能大約每10~11年會提高1000倍, 高于摩爾定律所預(yù)測的性能提高速度，這既得益于處理器速度的提高，也來源于系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大。

但是，從2013年開始，榜單冠軍的性能曲線變得平緩了。而且，2019年11月發(fā)布TOP500的前10名與同年6月的前10名相比較，系統(tǒng)和性能完全沒有變化。作者們指出，超級計算機的發(fā)展遇到了瓶頸，包括四個方面的挑戰(zhàn)：功耗、應(yīng)用性能、可編程性和可靠性。

每個大型的超級計算機都會消耗大量能源，對當(dāng)?shù)氐墓╇娤到y(tǒng)造成很大的壓力，并會產(chǎn)生大量熱量，因此，能耗與散熱也是一個核心競爭點。能耗問題與超級計算機的體系結(jié)構(gòu)、工藝水平和制冷技術(shù)等密切相關(guān)。清華大學(xué)科學(xué)史系博士后司宏偉在2021年底發(fā)表的一篇文章中指出， 若以國內(nèi)目前傳統(tǒng)技術(shù)方法構(gòu)建一臺運E級的超級計算機，年能耗將會超過三峽水庫發(fā)電量的1/3。

根據(jù)美國能源部的指標(biāo)，E級機的功耗不得超過20兆瓦。錢德沛等人寫道，這意味著不能單純靠擴大系統(tǒng)規(guī)模提高系統(tǒng)的性能，E級機可采用的技術(shù)手段受到很大限制。

“前沿” 的能耗是21兆瓦。國內(nèi)一位研究超算領(lǐng)域的學(xué)者告訴《知識分子》，從此次榜單中的這些超級計算機中來看，“前沿” 不僅是運算速度最快的，而且能耗比也應(yīng)該是最優(yōu)的。“前沿” 持續(xù)計算性能約是 “富岳” 的2.5倍，但是功耗卻只有富岳的71%。能耗成為與計算速度同等重要的度量指標(biāo)后，國際科學(xué)家從2007年起與TOP500同步公布Green500排行榜，來評價超級計算機能耗水平。在這個同期發(fā)布的榜單上，“前沿” 系統(tǒng)同樣排名第一。

劉少山補充說，“前沿” 使用了當(dāng)前最先進的水冷系統(tǒng)，把整個系統(tǒng)的峰值溫度控制在了85度以內(nèi)，這使得它不僅是現(xiàn)在世界上最快的超算，也是最環(huán)保的超算。 

此外，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，“前沿” 系統(tǒng)也有領(lǐng)先之處。傳統(tǒng)企業(yè)級服務(wù)器，是單一機器完成獨立的任務(wù)。比如，如果淘寶要響應(yīng)1000萬個用戶，可以交給1萬臺服務(wù)器，每個服務(wù)器響應(yīng)1000個用戶。但是，超級計算機是許多臺計算機（被稱為 “節(jié)點”）協(xié)同完成一件任務(wù)，隨著規(guī)模越來越龐大，不同節(jié)點間如何 “通信”，告知彼此計算運行狀態(tài)和步驟，就變得關(guān)鍵。如果節(jié)點間網(wǎng)絡(luò)性能不夠好，就很容易成為整個計算系統(tǒng)的瓶頸。

“前沿” 節(jié)點間的連接使用了最先進的與以太網(wǎng)兼容的 HPE Cray Slingshot-11 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能達到很高的帶寬，讓計算單元之間的數(shù)據(jù)交互更快，進而保證整體系統(tǒng)的運算速度更快。

超算領(lǐng)域一直在不斷爭逐越來越快的運算速度，這一切是否有盡頭？答案可能是否定的。據(jù)報道，10E級超算也已在業(yè)界規(guī)劃之中。

經(jīng)過大約三年的研發(fā)之后，“前沿” 將于今年年底準(zhǔn)備好投入科研用途，包括模擬恒星如何爆炸，研究基本粒子的性質(zhì)與核聚變，以及利用人工智能來改善疾病的診斷和預(yù)防等等許多課題。

中山大學(xué)國家超算廣州中心主任盧宇彤曾表示，中國超算之所以能在短短30年內(nèi)，實現(xiàn)跨越式發(fā)展，首先是巨大的需求推動。中國第一臺超級計算機是國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)于1983年12月研制成功的 “銀河-I”，中國也成為當(dāng)時世界上少數(shù)幾個能夠研制超級計算機的國家之一。此后，國防科大、國家并行計算中心、中科院計算所聯(lián)合曙光公司、聯(lián)想集團等單位相繼推出了 “銀河” “神威” “曙光” “深騰” 等一系列國產(chǎn)超級計算機系統(tǒng)。

此外，根據(jù)之江實驗室微信公號的通報，2021年11月19日，來自該實驗室等機構(gòu)的14名學(xué)者的一篇論文獲得了國際計算機協(xié)會的戈登·貝爾獎。研究者們基于新一代神威超級計算機，研發(fā)量子計算模擬器SWQSIM，實現(xiàn)了每秒4.4百億億次的持續(xù)計算性能，是超算領(lǐng)域全世界當(dāng)時已知的最高混合精度浮點計算性能。 

2010年~2019年，中國在20屆TOP500榜單上11次排名第一，足以顯示在超級計算機硬件上的實力。不過，清華大學(xué)科學(xué)史系博士后司宏偉在2021年發(fā)表的文章《中國超級計算機研制反思》一文中指出，中國超級計算機的自主創(chuàng)新之路還任重而道遠，面臨著原創(chuàng)能力不足、人才匱乏及應(yīng)用較少等問題。

文章寫道，2010年11月，“天河一號” 首次在TOP500榜單上問鼎冠軍，成為當(dāng)時世界上最快的超級計算機，然而，其核心部件CPU和GPU，90%以上采用的是美國英特爾和AMD公司最先進的產(chǎn)品。“神威·太湖之光” 開始探索完全原始創(chuàng)新的研發(fā)模式，不過，其使用的國產(chǎn) “申威26010” 眾核處理器與當(dāng)今國際最先進的芯片相比，仍然有不小差距。

相比之下，劉少山分析說，“前沿” 系統(tǒng)所涉及的超過6000萬個部件基本都可以由美國本土企業(yè)提供。“前沿” 建造期間，核心零件獲得了國防優(yōu)先權(quán)和分配權(quán)，這可能是美國在搭建超級計算上的最大優(yōu)勢。

另一方面，劉少山指出，國內(nèi)超算軟件人才與美國相比還有很大差距，目前絕大多數(shù)超算底層軟件庫都是由美國的科研人員所研發(fā)。中國還很缺能夠利用超算解決應(yīng)用問題的高素質(zhì)人才。國家超級計算無錫中心并行優(yōu)化部主管劉釗在接受媒體采訪時談到，近年來在互聯(lián)網(wǎng)公司的沖擊之下，無錫（超算）中心的人手一直吃緊，特別是應(yīng)用領(lǐng)域人才偏少，大約只占研發(fā)團隊人員的三分之一。

前述國內(nèi)學(xué)者也認為，應(yīng)用方面的確是個問題。有的國產(chǎn)超算系統(tǒng)，其硬件對很多現(xiàn)在使用的軟件兼容性并不好，要在該超級計算機上進行計算，需要先進行軟件移植，工作量比較大。

針對此前媒體報道提到的超算中心存在一定程度的閑置的現(xiàn)象，他表示，國內(nèi)對超算的客觀需求是存在的，機器的數(shù)量也并沒有供過于求，從本質(zhì)來看，還是因為國內(nèi)的應(yīng)用開發(fā)能力不足，從而限制了對機器的利用水平。