「美國2.58億啟動E級超算研發」英偉達英特爾IBM等6家公司參與

新智元編譯

6 家公司參與研發美國百億億次超算系統，經費 2.58 億美元

美國能源部（DoE）及與其合作的硬體供應商將得到近 5 億美元的資金，致力於研究、開發和部署 E 級（百億億次）計算項目。美國能源部的 Exascale Computing Project（E 級計算計劃）及日前宣布的擴展項目 PathForward 促成了這一最新進展。

美國 E 級計算的未來發生了變化——其中有一些已經公佈於眾了，還有一些則尚且存疑（不過現在也有了一些最新消息，稍後介紹）。交付百億億次超級計算能力系統的時間表也發生了改變。最近多數預測都認為 2021-2022 年間會有「至少一個」系統問世。今天，這一規劃得到了證實，美國能源部宣布將有 6 家和高性能計算相關的公司參與到下一代系統的研發中來。

儘管關於美國 E 級計算仍存有疑點，但有一件事情是肯定的：現在已經明確了哪些公司將會收到 E 級超算研發經費，它們將參與研發在實際應用中實現持續百億億次浮點計算性能的系統。這 6 家供應商是英特爾、英偉達、Cray、IBM、AMD 和惠普——且讓我們對其中每一家供應商及它們目前以 E 級計算為導向的技術加深一些了解。

2021年至少交付一個 E 級計算系統

整體來說，在為期 3 年的合約期間，將有 2.58 億美元資金用於這 6 家公司的 PathForward 項目上。沒有跡象表明，這些資金在這 6 家中彩的公司里是平分的。 R＆D 資金的使用遵照於「工作包（work package）」的指導方針，獲得經費的公司向美國能源部 E 級計算組（包括軟體和應用開發者）提供報告，以便查驗研發進展。據 Argonne National Lab 的 Paul Messina 說，「情況不會是我們花了錢，3 年以後再看結果。」Messina 是 E 級計算項目的負責人，將為 PathForward 項目組提供指導意見。

「這筆為期 3 年的 2.58 億美元的資金將會得到補充，公司提供的額外資金至少將佔到項目總成本的 40％，總投資額至少會達到 4.3 億美元。」總之，DoE 正在依靠供應商，憑藉用於最終產品的國家實驗室經費，承擔研發後生產成本。

作為惠普 「The Machine」 架構的技術主管，Paolo Faraboschi 表示：「這是一份旨在加速研發速度的合同。在 PathForward 項目後期，DoE 期待的並非是產品。他們希望為項目加速，使其進入到生產準備就緒的狀態。通常，這些項目的合作夥伴承擔了40％的成本份額，所以 DoE 每投入 10 美元，合作公司預計會投入4 美元，這樣總額就是14 美元。第二階段是系統的採購，這不由DoE 集中資助，而是由國家實驗室出錢——他們有預算，有場地，對特定裝配進行招標。在 PathForward 項目接近尾聲時，參與項目的公司就直接進入到了產品化階段。這樣一來當採購建議書發布（RFP）時，這些公司就可以用匹配的技術去做回應了。第二階段是一個不同的、大得多的資金池。

Messina 解釋說：「能源部計劃至少交付兩個系統——2021年至少有1 個，之後或許還有兩個或更多。這些系統將不由E 級計算項目購買，而是安置在我們實驗室的超算設施。」

Messina 這段時間的話很值得關注，因為 Argonne 應該是基於英特爾的超級計算機站點，名為 Aurora，其晶元是英特爾的 Xeon Phi 。幾周前，我們開始聽到一些可信度很高的傳聞，說Aurora 可能會有一些架構或時間線上的變化。Messina 確認了這一點，但沒有給出真正的細節：「 Aurora 系統的潛在變化目前正處在審查階段，這些變化將導致後續系統與原始系統處於不同的時間表。但由於這些都還處於早期溝通階段，暫時還沒有更具體的消息。「

供應商在這一項目中發揮至關重要的作用

作為 E 級計算項目的領導者，Messina 需要一個能歸入新型架構類別之中的超算架構，這是2021-2022 年要實現的目標之一。正如我們在幾周前所指出的那樣，描述E 級計算的用語最近已經從「新型（novel）」轉向了比較乏味的「先進（advanced）」，從給出的研發資金列表可以看出，沒有公司——除了惠普的「The Machine」——能歸入「新型」的門類。從最一開始強調新型體系結構的重要性時，我們就估計「The Machine」是最貼近「新型」的要求的（意為可規模製造且可廣泛編程）。現在我們的思路可能是對的，我們認識到唯一真正新型、有生產力的架構，可能是基於 D-Wave 系統的量子計算，而它並不在研發投資名單上。

在前端為研發注入資金對 E 級計算來說是好消息，但問題是，資金是否太少——更要命的是——來得是否太晚了？我們現在處於2017 年中期。雖然這筆資金充裕，但如果需要三年的時間研發，另外再需要兩年產品化，問題就來了。這就要等到2022 年裝配，再過一年才能全面量產。

而與此同時，在中國和日本，在應用和架構方面都有非常明確的極端規模化的規劃路線圖。這些國家將注意力集中於特定的應用程序，並圍繞那些焦點中的焦點構建了架構。DoE 已經制定了自己的超大規模路線圖，但大型超級計算機項目的時間表也會隨之改變，和該項目綁定的架構也是如此。例如，IBM 終止了其基於Power7 的 Blue Waters 系統；Cray 幾年前在國家超級計算應用中心贏得了一項交易，可以構建混合的 CPU-GPU 系統。

像 2017 年中一樣，這次研發資金意味著，仍然缺少具有明確時間表的系統架構。這不是負面的評價。工作方式正在隨著機器學習的引入而改變。（日本人以機器學習為核心，構建了為深度學習和傳統模擬設計的下一代 AI 超級計算機）。

PathForward 項目的資金將分給 6 家供應商，使他們有機會通過來自 HPC 應用和系統團隊的良好指導，為他們下一代架構投入更多的資源。其中的風險不過是架構不合適，供應商系統開發所承擔的負擔比過去更多。

換個角度去理解這次研發投資。為了開發一些能夠最終成為正確架構的東西，6 家公司總共獲得的資金達2.58 億美元。我們知道，今年英偉達花了30 億美元開發其「Volta」GPU。其他架構需要類似的數十億美元規模的投資。不同於政府以往的投資（比如DARPA 和DoE 的投資），Path Forward 項目下產品的實際製造和發布工作將落在供應商身上。

「由PathForward 資助的項目包括開發創新的內存架構，更高速的互連，改進的可靠性系統以及增加計算能力且不會不必要地增加能耗的方法。」Messina說。他表示「供應商在這一項目中將發揮至關重要的作用」。

背景：應對中國在高性能計算領域的挑戰

根據《華爾街日報》的報道，美國政府正在努力應對中國和其他國家在下一代高性能計算領域對其發起的挑戰。

在 2016年由國家安全局和美國能源部召開的技術會議上，一些領導人提出警示：美國正面臨將超級計算機領頭羊的位置輸給中國的危險。

美國此前最快的計算機——泰坦——由 Cray 開發，每秒鐘能運行17,590 萬億次計算，相當於1160 萬台iPad Pros 同時運行。其佔地面積大約有一個籃球場大小，其使用的電力足以使一個小鎮正常運轉。

2021年，美國計劃交付至少一台「百億億次」超算系統，每秒能完成一百億億次計算。根據Hyperion Research 的報告，中美兩國都預計在2023年交付生產能力就緒的系統，能夠在百億億次速度水平解決問題。

2016 年 6 月，中國憑藉「神威太湖之光」在一年中第二次佔據了 500 台最快的科學計算機的榜首位置，標誌了中國第一次在不使用美國半導體技術的情況下佔據了排行榜首位。同時，中國也首次在所謂的 Top 500 榜單上，以167 比 165 的優勢，比美國上榜了更多的計算機。在2016年11月的排行榜，中美各有 171 台機器上榜。

美國能源部的資金將由科技公司用來進一步研究和發展到超級計算機。例如，惠普上個月展示了一款名為The Machine的新型內存驅動計算機的原型，該計算機將隨著政府的額外資金而進一步發展。該系統是惠普在公司歷史上最大的研發計劃。該計算系統能夠同時處理國會圖書館每本書中包含的數據五次，約1.6億本書籍。

Hyperion Research 估計，研究、開發和購買美國 E 級計算系統的價格將達到每個系統約3 億至5 億美元。橡樹嶺國家實驗室花了約9,700萬美元從 Cray 購買了泰坦超級計算機。雖然美國政府通常是這些系統的第一個買家，但技術進步通常會以較低的價格流向其他計算機產品。

原文：https://www.nextplatform.com/2017/06/15/american-hpc-vendors-get-government-boost-exascale-rd/?from=groupmessage&isappinstalled=0

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