鳳凰衛(wèi)視總裁唐唐虎

周末最大的科技新聞應(yīng)該是美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)以超過(guò)中國(guó)“神威” 60％的速度重獲世界第一.

作者還借此機(jī)會(huì)向公眾介紹了超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的激烈中美競(jìng)爭(zhēng). 這應(yīng)該是最完整，最流行的解釋.

[美國(guó)已經(jīng)落后甚至被拋棄了5年]

這是自2013年6月以來(lái)，美國(guó)首次在超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜上名列前茅，當(dāng)時(shí)，它是由中國(guó)廣州的天河二號(hào)首次采用的. 到2016年，中國(guó)的神威太湖之光無(wú)錫以三倍的優(yōu)勢(shì)創(chuàng)造了新的紀(jì)錄，并繼續(xù)保持著中國(guó)榜首的地位.

在上一輪（即去年年底全球超級(jí)計(jì)算機(jī)的TOP500排名）中，瑞士和日本將美國(guó)的最高排名推到了第五位.

在TOP500總數(shù)列表中，中文系統(tǒng)總數(shù)為202，占總數(shù)的40％以上，排名第一. 美國(guó)僅剩143個(gè)單位. 中國(guó)的總體計(jì)算能力也超過(guò)美國(guó). 在TOP500的總計(jì)算能力中，中國(guó)占35.4％，美國(guó)僅占29.6％.

下降的國(guó)家數(shù)量很少，日本為35個(gè)，德國(guó)為20個(gè)高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程，法國(guó)為18個(gè)，英國(guó)為15個(gè)……這是當(dāng)今全球頂級(jí)技術(shù)和商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的寫(xiě)照: 僅中國(guó)和美國(guó)美國(guó)玩家.

[請(qǐng)不要?jiǎng)邮肿鲆粋�(gè)比喻為G的十億級(jí)領(lǐng)域]

在進(jìn)行進(jìn)一步介紹之前，流行科學(xué)有必要測(cè)量現(xiàn)代計(jì)算機(jī)性能的基本參數(shù)-每秒浮點(diǎn)運(yùn)算的數(shù)量（英文縮寫(xiě): FLOPS）. 否則，盲目地仍然使用“相當(dāng)于世界70億人口的數(shù)百億年計(jì)算器”，這既不直觀也不容易比較.

計(jì)算機(jī)從發(fā)起者ENIAC的300 FLOPS開(kāi)始進(jìn)行指數(shù)式開(kāi)發(fā). 在英語(yǔ)詞匯和縮寫(xiě)中，K為千分之三的10. M是百萬(wàn)，是10的六次方； G是10億，是9的冪.

1980年代中期，中國(guó)媒體首次報(bào)道了超級(jí)計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱(chēng)超級(jí)計(jì)算機(jī)）時(shí)，超級(jí)計(jì)算機(jī)的速度約為1 GFLOPS，即每秒10億個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算.

1983年高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展歷程，中國(guó)建造了第一臺(tái)銀河第一超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒可運(yùn)行超過(guò)1億次，即0.1GFLOPS. 世界上最快的美國(guó)黏土是8億次，即0.8GFLOPS.

今天，這種性能可能不如數(shù)字手表.

[超級(jí)計(jì)算的千倍性能，在十多年的萬(wàn)億級(jí)領(lǐng)域不及個(gè)人玩具那么好]

十五年后，到1990年代末，個(gè)人計(jì)算機(jī)上的CPU開(kāi)始顯示1 GFLOPS，而此時(shí)世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)已達(dá)到1 TFLOPS以上，T是一萬(wàn)億，是10到12的冪

因此，個(gè)人計(jì)算機(jī)與當(dāng)代超級(jí)計(jì)算機(jī)之間的差距是1000倍.

再過(guò)15年，2014年的個(gè)人計(jì)算機(jī)CPU的能力為0.6 TFLOPS，現(xiàn)在2018年的頂級(jí)手機(jī)CPU達(dá)到了相同水平.

大多數(shù)人不會(huì)意識(shí)到他們手中的小型智能手機(jī)可與世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)相提并論，后者在20年前非常龐大和龐大，其體積和重量減少了1000倍.

否則，如何玩微信，視頻，游戲和實(shí)時(shí)美容？所有這些都是實(shí)時(shí)計(jì)算的，具有接近T級(jí)的計(jì)算能力！

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的爆炸性進(jìn)步，也促進(jìn)了社會(huì)形式的不可思議的變化.

因此，TFLOPS（萬(wàn)億）應(yīng)成為討論現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的起點(diǎn). 否則，數(shù)據(jù)后面列出的0和1億太多了，這超出了普通人的理解和想象，也偏離了當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)實(shí).

[類(lèi)似地，超級(jí)計(jì)算應(yīng)保持比個(gè)人玩具強(qiáng)大的1000倍-P的petascale領(lǐng)域]

主要用于游戲的圖形卡由于對(duì)數(shù)百個(gè)算術(shù)單元進(jìn)行并行處理而使性能提高了一個(gè)數(shù)量級(jí).

以市場(chǎng)上最流行，最主流的NVIDIA GTX 1060游戲顯卡為例，其成品價(jià)格在2000元以上，游戲的單精度計(jì)算能力為4.4 TFLOPS，約為10是傳統(tǒng)CPU的三倍.

更進(jìn)一步，最新的頂級(jí)顯卡NVIDIA Titan V已達(dá)到15 TFLOPS，是GTX 1060的三倍以上，當(dāng)然價(jià)格也已超過(guò)20,000元.

當(dāng)TFLOPS再增加1000倍時(shí)，就是PFLOPS（萬(wàn)億）. 這是當(dāng)今超級(jí)計(jì)算的能力類(lèi)別-截至去年年底，PFLOPS能力的實(shí)際超級(jí)計(jì)算能力在全球排名第183.

[美國(guó)如何贏得冠軍: 等待了整整三年]

為了重新獲得中國(guó)占領(lǐng)的最快的超級(jí)計(jì)算寶座，IBM和NVIDIA早在2015年就接受了美國(guó)政府的委托，負(fù)責(zé)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)能源部的勞倫斯，后者負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā). Riflemore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分別創(chuàng)建了20億次和15億次，這是200 FLOPS和150 PFLOPS的超級(jí)計(jì)算.

這兩個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)分別命名為Summit和Sierra，耗資約3.8億美元. 但是直到2017年底，兩家公司才開(kāi)發(fā)出相關(guān)的核心芯片，然后才能將其轉(zhuǎn)換為工程現(xiàn)實(shí).

橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“ Summit”超級(jí)計(jì)算使用4608個(gè)計(jì)算服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含2個(gè)IBM Power 9處理器（CPU）和6個(gè)NVIDIA（NVIDIA）公司的Tesla V100圖形處理單元（GPU），和512 GB DDR4內(nèi)存. 采用更有效的水冷卻.

采用臺(tái)積電12納米工藝制造的NVIDIA Tesla V100，集成了210億個(gè)晶體管，具有32 GB內(nèi)存. 每個(gè)售價(jià)9,000美元.

Tesla V100和民用頂級(jí)圖形Titan V均為Volta架構(gòu)，但考慮到穩(wěn)定頻率稍低，理論計(jì)算能力為單精度14 TFLOPS，但科學(xué)計(jì)算采用雙精度模式7 TFLOPS.

GPU承擔(dān)了大部分工作量，但CPU仍然是數(shù)據(jù)處理的中心. IBM的POWER9使用全球代工廠（以前是AMD的制造部門(mén)）的14納米工藝制造，并集成了80億個(gè)晶體管. 96個(gè)線程和24個(gè)內(nèi)核，實(shí)際使用了22個(gè)內(nèi)核. 每件起價(jià)為6,000美元.

這樣，單個(gè)節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)雙精度7 TFLOPS V100，并且理論計(jì)算能力超過(guò)42 TFLOPS. 總共有4608個(gè)節(jié)點(diǎn)，即200,000 TFLOPS，中文的200 PFLOPS-20億次.

這相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)中高端游戲圖形卡的90,000倍，是主流CPU的900,000倍. 它也比目前排名世界第五的最強(qiáng)大的系統(tǒng)Titan強(qiáng)大8倍.

當(dāng)然，與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比，一個(gè)必須解決集成和互連的并行計(jì)算，第二個(gè)必須解決巨大的數(shù)據(jù)吞吐量和節(jié)點(diǎn)之間的交換，第三個(gè)必須追求更高的效率和更高的功耗比. 需要最先進(jìn)的配件.

[僅花費(fèi)了2億美元？背后是數(shù)十億美元的研發(fā)資金]

單計(jì)算比例分配，Summit的成本確實(shí)超過(guò)2億美元. 似乎并不多. 它可以在中國(guó)（甚至在美國(guó)）建造超過(guò)一公里的地鐵.

然而，TESLA V100及其背后的Volta架構(gòu)凝聚了Nvidia 7,000多名工程師三年多的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，總投資額達(dá)30億美元. IBM的Power 9和整體架構(gòu)設(shè)計(jì)的成本也差不多.

IBM女首席執(zhí)行官Ginni Rometty說(shuō): “這是我們最大的成就之一，它是最快，最智能的超級(jí)計(jì)算機(jī). ”

美國(guó)能源部長(zhǎng)里克·佩里自豪地表示: “峰會(huì)的發(fā)布反映了美國(guó)在科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)發(fā)展方面的領(lǐng)導(dǎo)地位. 它將對(duì)能源研究，科學(xué)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響. ”

[停了5年，美國(guó)的超級(jí)計(jì)算又一次超過(guò)了中國(guó)，但可能只有半年了]

此外，Summit的理論總計(jì)算能力為200 PFLOPS，是20億倍. 但是，由于尚未完全實(shí)現(xiàn)理論和的總和，因此尚未宣布實(shí)際測(cè)量的計(jì)算能力.

中國(guó)的神威太湖之光，理論能力為125 PFLOPS，實(shí)際測(cè)量達(dá)到93 PFLOPS，效率近75％，已經(jīng)是一個(gè)很高的記錄.

美國(guó)在全球排名第三和第七. 能源部洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的三位一體測(cè)得的效率不到32％. 可以看出，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題.

盡管美國(guó)可以利用Summit再次回到超級(jí)計(jì)算機(jī)的最高位置，但恐怕這個(gè)寶座將無(wú)法長(zhǎng)期維持下去. 根據(jù)中國(guó)的最新進(jìn)展，恐怕到今年年底，中國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)有望取代它.

大概，中國(guó)超級(jí)計(jì)算的最新發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景是讀者真正關(guān)心的話題. 請(qǐng)等待下一篇文章.

鳳凰衛(wèi)視總裁唐唐虎

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