在最新出爐的《全球500強》(TOP500)超級電腦排行榜中,美國重新贏回超級電腦運算性能的龍頭地位,但能夠維持多久還有待觀察。而中國大陸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)電腦的排名。

最新的TOP500排名讓美國暫居上風,但也顯示中國大陸在電腦技術方面持續精進。此外,這項最新排行榜發佈時間,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電腦系統,特別是輝達(Nvidia)的繪圖處理器(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,美國的超級電腦在這次的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「顛峰」(Summit)超級電腦系統在Linpack基準測試上測得122.3 petaflops的運算效能,大幅領先之前中國大陸「神威.太湖之光」(Sunway TaihuLight)的93 PFlops。

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的整體基準測試性能來看,美國的超級電腦以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)基準測試,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基準測試的排名。

相形之下,中國大陸的太湖之光排名第六,成績為0.481 PFlops。中國大陸第二大系統天河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測試的排名均在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使用的程式碼則測量7種運算指標,「更能強調資料的動態,特別是在許多實際應用中。」

20180706_Supercomputer_NT01P1 中國大陸在全球最強大的超級電腦佔有率不斷增加(來源:Top500.org)

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

此外,聯想(Lenovo)目前擁有最多台電腦系統(119),這是中國大陸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超級電腦的採用,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,雖然中國大陸在這次最新的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。預計中國大陸將推出第一套在Linpack基準測試取得exaflop級運算效能的系統,甚至可能比美國更提前一年。

目前,在中國大陸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超級電腦,預計最早可能在2020年。

Dongarra表示,這三項計劃由中國伺服器供應商中科曙光以及天河、神威超級電腦背後的團隊為主導。多家大學院校、研究機構和國家超級電腦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援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強超級電腦」(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。

20180706_Supercomputer_NT01P2 在最新的TOP500超級電腦排名中,Nvidia持續擴張其加速器晶片供應商的領先地位

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乙太網路作為其互連,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

(參考原文:U.S., China Spar in Supercomputers,by Rick Merritt)