中國太湖之光VS美國Summit 超算和我們有關嗎？

2018年6月8日，美國能源部橡樹嶺國家實驗室宣布，造出了目前世界上最快的超級計算機，叫“Summit”（頂點）。頂點的出現(xiàn)取代了之前排在超算500強排行榜首位的中國的神威太湖之光。

估計很多人和之前的小編一樣，看到這樣的新聞和排名“無感”，首先覺得超算離我們的生活太遙遠，太過高大上。其次覺得這個排名有那么重要嗎？就算中國排名第一了，又能改變什么呢？能改變中國芯片落后的現(xiàn)實嗎？

超算“超”在哪里？

很多人想當然認為超級計算機計算得那么快，比個人電腦快成千上萬倍？是因為超算用了一個比個人電腦的芯片快成千上萬倍的芯片。其實不是這樣的，世界上沒有這樣的芯片。

實際的辦法是，超算用了很多個芯片，讓它們同時執(zhí)行任務，而單個芯片的性能跟個人電腦的芯片是差不多的。用科學術語來說，這叫做“并行計算”，這是高性能計算的基本思路。

那是不是用了n個芯片，計算速度就是單個芯片的n倍嗎？當然不是。實際上，要讓多個芯片同時干事，就必須首先給它們劃分好任務，這個任務劃分是要消耗時間的。然后，當各個芯片開始計算之后，還不時地要和其他芯片交換數據，這個數據通信也是要消耗時間的。因此，計算速度的增長，總是低于芯片數的增長。超算的速度與單個芯片速度的比值，稱為加速比，加速比總是低于芯片數的。

當芯片很多的時候，任務劃分和數據通信會變成瓶頸因素，這些負擔的增加會抵消芯片增加的好處，因此加速比會達到飽和，不再上升。由此可見，芯片并不是越多越好的，一臺超算能夠容納下多少芯片，并不是取決于有多少錢能用來買芯片，而是取決于系統(tǒng)架構。所以，芯片和超算架構都是核心技術！值得一提的是，神威太湖之光用的芯片是中國自己生產的“申威26010”眾核處理器，該眾核處理器采用64位自主申威指令系統(tǒng)。

超算有什么用？

超算既然這么厲害，那它到底有什么用？和我們的生活有什么聯(lián)系？

超算的用途非常廣泛，因為現(xiàn)在有太多的領域可以用計算來模擬了。例如空氣動力學，這對飛機和汽車的設計都是非�；�本的。大家知道飛機和汽車需要吹風洞，超算模擬就相當于吹一個數值的風洞。又如氣象預測，你想知道颶風的移動軌跡嗎？超算告訴你。又如宇宙的演化，你想知道銀河系是怎么變成現(xiàn)在這個樣子的，以后會變成什么樣嗎？超算告訴你。有一個專業(yè)領域叫做理論與計算化學，這個學科的主要內容就是用計算來預測分子的結構、材料的性質，那么超算的用處就更是一目了然了！

在超算業(yè)界，有一個最高級的獎項叫做戈登·貝爾獎（GordonBellPrize），是授予最杰出的高性能計算應用的，每年頒發(fā)一次。理所當然地，獲得戈登·貝爾獎的應用，一般都是在最快的超算上運行的。2016年和2017年，中國連續(xù)兩次獲得這個戈登·貝爾獎，獲獎的應用分別叫做“千萬核可擴展大氣動力學全隱式模擬”和“非線性地震模擬”，它們用的都是神威太湖之光。

如何看待太湖之光和Summit（頂點）

超級計算機“頂點”由一排排電冰箱大小的黑色模塊單元構成，總重340噸。這臺計算機是由IBM總包設計建設，采用了9216顆IBM Power9處理器和27648顆Nvidia Volta的GPU加速器，是第一臺基于AI打造的超級計算機。“頂點”浮點運算速度峰值達每秒20億億次（200PFlops），性能超過中國“神威·太湖之光”（浮點運算峰值每秒12.5億億次）約60%。

現(xiàn)在，超級計算機競賽正朝著下一個里程碑進行： exascale計算（百萬兆級的計算）。在中國和美國之間的技術領先地位的日益激烈競爭中，達到“百萬兆級”里程碑是相互間較量的一部分。為了提高超級計算機的性能，世界各地的研究百萬兆級計算機操作系統(tǒng)的工程師都在使用并行機制，這需要工程師們將成千上萬的芯片封裝到數百萬個被稱為“核心”的處理單元中。要想讓這些計劃都變成現(xiàn)實，需要耗費大量時間來做實驗。

事實上，美國這次奪冠，對于業(yè)內人士來說絲毫不意外，因為這些研究項目都是公開的，幾年以前大家就都知道了。中國也正在發(fā)展下一代的超算，如果順利的話，可能在不久之后又會重回第一的位置，并且把超算速度從現(xiàn)在的每秒十億億次提高到百億億次的量級。每秒計算百億億次的超算，稱為E級超算，是現(xiàn)在全世界攻關的下一級臺階。

超算這么有技術含量、又這么有用的技術，那么無論哪個國家取得進步，對全人類來說都是好事，都是值得肯定的。