中美在超級計算機TOP500中的明爭暗奪

在最新出爐的《全球500強》(TOP500)超級計算機排行榜中，美國重新贏回超級計算機運算性能的龍頭地位，但能夠維持多久還有待觀察。而中國不僅在高性能系統數量方面持續領先，同時也在競爭最先推出每秒百萬兆浮點運算(exaflop；1018)計算機的排名。

最新的TOP500排名讓美國暫居上風，但也顯示中國在計算機技術方面持續精進。此外，這項最新排行榜發布時間，剛好就在中美兩國間的貿易戰升溫之際——引發兩國貿戰的部份原因就在於雙方對半導體政策的衝突。

從最新的TOP500排行榜還可看出，加速器繼續驅動著全世界最強大的計算機系統，特別是英偉達(Nvidia)的圖像處理器(GPU)。除了Nvdia，英特爾(Intel)以及總部位於日本的加速器製造商Pezy Computing也在此排行榜中嶄露頭角。

在歷經沒有任何一台系統擠進前四強的一年後，美國的超級計算機在這次的TOP500排行榜上分別名列第一和第三。美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory；ORNL)的「頂點」(Summit)超級計算機系統在Linpack基準檢驗上測得122.3 petaflops的運算效能，大幅領先之前中國「神威．太湖之光」(Sunway TaihuLight)的93 PFlops。（相關閱讀）

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory；LLNL)的Sierra系統，則以71.6 PFlops排名第三。Summit和Sierra都採用IBM Power 9處理器和Nvidia Tesla V100加速器，透過Mellanox Infiniband EDR互連4,300多個節點。

從Linpack的整體基準檢驗性能來看，美國的超級計算機以38.2%的整體表現，超越中國的29.1%，重登排行首位。就在6個月前，雙方的排名位置還剛好相反。

如果採用新的高性能共軛梯度(HPCG)基準檢驗，測試結果還更加明確。Summit和Sierra系統分別以2.926 PFlops和1.79 PFlops領先在HPCG基準檢驗的排名。

相形之下，中國的太湖之光排名第六，成績為0.481 PFlops。中國第二大系統天河2號(Tianhe-2)則以0.038 PFlops排名第49。其他的中國系統使用該基準檢驗的排名均在100名之後。

Linpack長期以來一直被視為是相對粗糙的原始理論性能測量標準。相形之下，美國田納西大學教授Jack Dongarra說，HPCG使用的程序代碼則測量7種運算指標，「更能強調數據的動態，特別是在許多實際應用中。」

中國在全球最強大的超級計算機佔有率不斷增加（來源：Top500.org）

儘管這次暫時在性能方面小輸，但中國目前在TOP500中擁有206台系統，較6個月前的202台系統更多，持續在TOP500超級計算機數量方面領先。而美國這次創歷史新低僅有124台超級計算機，較2017年11月時的145台大幅減少。

此外，聯想(Lenovo)目前擁有最多台計算機系統(119)，這是中國供應商首次在這個項成績上脫穎而出。慧與科技(Hewlett Packard Enterprise；HPE)原本以122台系統領先，目前則只有79台。其後排名分別是浪潮集團(Inspur)、Cray和中科曙光(Sugon)，分別擁有68、56和55套系統。

排名第六的IBM僅列出19台系統，但由於Summit和Sierra超級計算機的採用，使其擁有在Linpack整體性能排名中佔19.9%。Cray和聯想則分別以16.5%和12%位居其後。

中國競逐Exaflop目標

Dongarra表示，雖然中國在這次最新的TOP500排行榜表現不如預期，但自2016年以來一直在加速下一階段的技術進展。預計中國將推出第一套在Linpack基準檢驗取得exaflop級運算效能的系統，甚至可能比美國更提前一年。

目前，在中國的三支團隊正競相打造約512個節點的相對較小原型系統，每個節點使用不同的架構。根據其開發結果可能決定哪一支團隊將獲得資金，打造最終的exaflop超級計算機，預計最早可能在2020年。

Dongarra表示，這三項計劃由中國伺服器供貨商中科曙光以及天河、神威超級計算機背後的團隊為主導。多家大學院校、研究機構和國家超級計算機中心均參與了這項合作計劃。

中科曙光系統用於連接在6D環形網路上的10,000多個節點，每個節點使用與AMD共同開發的x86處理器。預計天河團隊將採用同樣用於天河2A中的本土Matrix 2000版本，可能再增加基於Arm的處理器或加速器。神威原型則大致上沿用太湖之光的多核心途徑。

一年前，美國政府撥款了2.58億美元，計劃在2021年之前推出百萬兆級(exascale)的系統。Dongarra表示，中國和美國共同的目標都在於提供一個支持30GFlop/W效能和超過500Gbits的exaflop系統。

在全世界最強大的系統中有越來越多都使用了加速器——在目前TOP500系統中就有110台系統採用加速器，比6個月前統計的101台增加了。Nvidia GPU是迄今最普遍獲得採用的協同處理器，出現在其中的96台系統中，其中包括前10大系統中就有5台採用。

TOP500中有7台系統使用了英特爾的Xeon Phi協同處理器，日本的4台系統則使用相對較新的Pezy加速器。

有趣的是，在另一項測量節能效率最高的「全球前500強超級計算機」(Green 500)排行榜中，前三大系統都採用了Pezy加速器，而前十大的其餘系統則使用Nvidia GPU作為加速器。

在最新的TOP500超級計算機排名中，Nvidia持續擴張其加速器晶元供應商的領先地位

Dongarra說：「Pezy系統採用液體冷卻方式——也就是說，整個系統浸沒在液體中[通常是3M的Fluorinert版本]，這比透過板載空氣或水更具有節能效率。」

Top 500中的大多數系統都使用英特爾Xeon CPU作為主處理器。此外，目前有將近一半(247套系統)都使用了10-Gbit/s乙太網絡作為其互連，在6個月前這一數字為228。

TOP500中採用相對更昂貴的Infiniband作為互連的系統，則從6個月前的163台減少到目前約139台。英特爾專有的Omni-Path互連在最新排行榜中則有38台系統，較6個月前的35台略高。

編譯：Susan Hong

本文授權編譯自EE Times，版權所有，謝絕轉載

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