6月25日報(bào)道，新一期全球超級計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單25日發(fā)布，美國超級計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)”超過中國的“神威·太湖之光”名列第一。這是美國超級計(jì)算機(jī)多年后重回榜首。不過，排行榜上中國的超算系統(tǒng)總數(shù)仍居第一。美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）在6月初公布了其新超算“頂點(diǎn)”（Summit），理論速度達(dá)到了每秒20億億次，由IBM提供技術(shù)采用了9216顆IBM Power 9處理器驅(qū)動，27648顆NVIDIA Volta做加速卡。在本周一，全球超算TOP500的新榜單正式發(fā)布，正式確認(rèn)Summit超算為全球最強(qiáng)超算，也是美國在第五年屈居第二后成功超越的中國超算神威-太湖之光，重回第一。

在超算500強(qiáng)榜單的基于Linpack基準(zhǔn)測試評定上，Summit的浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒12．23億億次，峰值接近每秒18．77億億次。排名第二的是曾4次蟬聯(lián)冠軍的中國超算“神威·太湖之光”，其浮點(diǎn)運(yùn)算速度沒有變化，仍維持在每秒9．3億億次。隨后排在第三至五位的超算依次是美國能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的“山脊”，中國超算“天河二號”、日本超算“人工智能橋接云基礎(chǔ)設(shè)施”（ABCI）。

盡管美國在超算方面仍然占據(jù)主流，但是中國超算數(shù)量持續(xù)增加，其躋身500強(qiáng)的超算比例逐年增高，由2017年的201臺增加至206臺，仍有更多在建的超算有望再次趕超美國，美國的500強(qiáng)超算數(shù)量由143臺跌至124臺。另一個(gè)趨勢，全球500強(qiáng)超算中采用加速卡的臺數(shù)也由101臺增至110臺。

性能超神威·太湖之光2倍

美國Summit超級計(jì)算機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行，峰值運(yùn)算速度達(dá)到200 petaflops，是神威·太湖之光的2倍多。如無意外，它將在本月底公布的Top 500榜單中名列第一，讓美國重奪“世界上最強(qiáng)大超算”桂冠。而且，它的設(shè)計(jì)非常適應(yīng)人工智能技術(shù)，被譽(yù)為“最聰明超算”。

備受關(guān)注的美國Summit超級計(jì)算機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）運(yùn)行。這臺新的超級計(jì)算機(jī)被非官方地稱為“世界上最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)”。而且，它的設(shè)計(jì)部分是為了擴(kuò)大人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍。

自2013年6月“世界最強(qiáng)超算”的桂冠被中國的神威·太湖之光超級計(jì)算機(jī)摘取以來，美國一直沒有擁有奪回這個(gè)稱號。Summit超算預(yù)計(jì)在本月晚些時(shí)候正式發(fā)布，屆時(shí)國際“TOP 500”組織將正式發(fā)表世界超級計(jì)算機(jī)Top 500榜單。除非中國本月爆出大驚喜，否則新的排名公布后，Summit將使美國重回超算Top 500榜單的第一名。

盡管在云計(jì)算和大型數(shù)據(jù)中心的時(shí)代，超級計(jì)算機(jī)已經(jīng)失去了一些吸引力。但許多棘手的計(jì)算問題仍需要大型的機(jī)器。美國政府去年發(fā)布的一份報(bào)告提出，美國應(yīng)加大對超級計(jì)算機(jī)的投資，以便在核武器和高超音速飛機(jī)等國防項(xiàng)目，以及航空、石油勘探和制藥等領(lǐng)域的商業(yè)創(chuàng)新等方面趕上中國。

Summit：比普通筆記本電腦快100萬倍，比神威·太湖之光快2倍

Summit超算由IBM和NVIDIA為美國能源部的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室制造，其占地面積相當(dāng)于兩個(gè)網(wǎng)球場大小，為了冷卻其37000個(gè)處理器，周圍的循環(huán)系統(tǒng)每分鐘要消耗4000加侖的水。盡管美國能源部（DOE）尚未透露Summit的Linpack測試結(jié)果，但橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室表示，Summit的峰值運(yùn)算速度達(dá)到200 petaflops，也就是每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)達(dá)到200千兆次。這比普通筆記本電腦的運(yùn)算速度快100萬倍，是神威·太湖之光（93.01 PFLOPS）峰值性能的兩倍有多。

200 petaflops是什么概念呢？如《紐約時(shí)報(bào)》所述，一個(gè)人需要花630億年的時(shí)間來完成Summit一秒鐘內(nèi)可以完成的計(jì)算。而MIT技術(shù)評論說，“地球上的每個(gè)人每天每秒鐘進(jìn)行一次計(jì)算，持續(xù)305天，才能完成Summit超算眨眼之間可以做完的事情。”

盡管Summit的基本規(guī)格已經(jīng)公開有一段時(shí)間了，但這里還是有必要重新介紹一下：Summit由4608個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)Power9 CPU和6個(gè)NVIDIA Tesla V100 GPU。節(jié)點(diǎn)與Mellanox雙軌EDR InfiniBand網(wǎng)絡(luò)連接在一起，為每臺服務(wù)器提供200 Gbps的速度。

假設(shè)所有這些節(jié)點(diǎn)都配備齊全，GPU單獨(dú)將以雙精度提供峰值215 petaflops。此外，由于每個(gè)V100還提供125 teraflops的混合精度 Tensor Core 操作，系統(tǒng)對深度學(xué)習(xí)運(yùn)算的峰值性能大約為3.3 exaflops。

exaflops級的性能也不僅僅是理論上的。根據(jù)ORNL主任Thomas Zacharia的說法，在早期的測試中，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在一個(gè)分析人類基因組序列變化的項(xiàng)目中，使用Summit超算每秒進(jìn)行了超過10的18次方次的計(jì)算。他們聲稱這是科學(xué)計(jì)算第一次達(dá)到這樣的計(jì)算規(guī)模。

最適合機(jī)器學(xué)習(xí)的超級計(jì)算機(jī)

美國新推出的這臺最強(qiáng)超算不僅僅對計(jì)算力的地緣政治意義重大。它的設(shè)計(jì)比以前的超級計(jì)算機(jī)更適合運(yùn)行谷歌、蘋果等科技公司流行的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，圖形芯片可以為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供更多計(jì)算力，這也是計(jì)算機(jī)可以在聲音識別、棋盤游戲等方面打敗人類的一個(gè)原因。Facebook最近披露，一個(gè)使用數(shù)十億張Instagram照片的人工智能實(shí)驗(yàn)，在近一個(gè)月的時(shí)間里占據(jù)了數(shù)百張顯卡。

Summit擁有近28000個(gè)英偉達(dá)（Nvidia）生產(chǎn)的圖形處理器，以及IBM生產(chǎn)的9000多個(gè)傳統(tǒng)處理器。對于超級計(jì)算機(jī)來說，使用大量的圖形芯片是不常見的，因此它應(yīng)該能在部署機(jī)器學(xué)習(xí)以處理艱難的科學(xué)問題方面實(shí)現(xiàn)突破。橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室主任Thomas Zacharia說：“我們打造了世界上最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)，但它也是世界上最聰明的超級計(jì)算機(jī)?！?/p>

當(dāng)然，Summit還將支持美國能源部最感興趣的標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)規(guī)范，特別是那些與核聚變能源、替代能源、材料科學(xué)、氣候研究、計(jì)算化學(xué)和宇宙學(xué)等相關(guān)的科學(xué)規(guī)范。但由于這是開放的科學(xué)系統(tǒng)，可用于所有類型的研究，可以與能源無關(guān)。Summit也將用于醫(yī)療保健的應(yīng)用領(lǐng)域，如藥物發(fā)現(xiàn)、癌癥研究、成癮和其他類型的疾病研究。事實(shí)上，在宣布該系統(tǒng)投入使用的新聞發(fā)布會上，Zacharia表示，他希望橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室成為“醫(yī)療數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的歐洲核子研究中心”。

“分析”與Summit的深度學(xué)習(xí)傾向非常吻合，因?yàn)榍罢邔?shí)際上是后者的疊加。早在2014年，當(dāng)美國能源部第一次簽約Summit系統(tǒng)時(shí)，能源部可能只對他們將得到的AI能力有一個(gè)粗略的概念。盡管IBM在將Power9-GPU平臺提交給美國能源部之前一直在宣傳其以數(shù)據(jù)為中心的超級計(jì)算方法，但當(dāng)時(shí)人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用領(lǐng)域仍處于初級階段。由于NVIDIA決定將專用的 Tensor Cores 集成到V100中，Summit最終成為了一個(gè)AI巨獸，同時(shí)也是一個(gè)強(qiáng)大的HPC機(jī)器。

因此，除了高性能計(jì)算的之外，該系統(tǒng)還可能參與大量尖端的人工智能研究。目前，Summit只對經(jīng)選擇的項(xiàng)目開放。到2019年，該系統(tǒng)將變得更加廣泛可用，包括將用于理論與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新計(jì)算項(xiàng)目（INCITE）。

到時(shí)，Summit的前任Titan超級計(jì)算機(jī)很可能會退役。Summit的性能約為Titan的8倍，能效提高5倍。當(dāng)橡樹嶺在2012年安裝Titan時(shí)，它是當(dāng)時(shí)世界上最強(qiáng)大的系統(tǒng)，也是美國最快的超級計(jì)算機(jī)（現(xiàn)在是第二快）。Titan也擁有NVIDIA GPU，但這些都是K20X圖形處理器，其機(jī)器學(xué)習(xí)能力僅限于每個(gè)設(shè)備四個(gè)單精度teraflops。幸運(yùn)的是，為Titan開發(fā)的所有支持GPU的HPC的代碼都應(yīng)該能夠輕松移植到Summit上，并且應(yīng)該能夠充分利用V100更高的計(jì)算能力。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校國家超級計(jì)算應(yīng)用中心的研究員Eliu Huerta將Summit的龐大GPU池描述為“像夢境一樣”。Huerta此前曾在一臺名為Blue Waters的超級計(jì)算機(jī)上使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，在LIGO天文臺的數(shù)據(jù)中探測引力波。LIGO天文臺的兩位創(chuàng)始人因此獲得了2017年諾貝爾物理學(xué)獎。Huerta希望Summit的成果將有助于分析預(yù)計(jì)將于2019年啟用的大型天氣觀測望遠(yuǎn)鏡每晚接收到的約15 TB的圖像。

Summit還將被用于在化學(xué)和生物學(xué)的問題中利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)。 Zacharia說，這項(xiàng)研究可能有助于能源部的一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目使用來自2200萬退伍軍人的醫(yī)療記錄，其中包括大約25萬人的完整基因組序列。

有些人擔(dān)心美國在超大規(guī)模計(jì)算機(jī)上的競爭力，他們希望，Summit將激發(fā)對打造其繼任者的更多興趣。

Summit還將發(fā)揮另一個(gè)重要作用，即為E級科學(xué)應(yīng)用提供一個(gè)發(fā)展平臺。作為橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的最后一個(gè)petascale系統(tǒng)，這臺200 petascale的超算將成為未來幾年一系列HPC代碼向exascale機(jī)器轉(zhuǎn)移的墊腳石。現(xiàn)在，隨著Summit的完成，這似乎不再是一個(gè)遙遠(yuǎn)的前景了?！爱吘梗‥級計(jì)算）離我們現(xiàn)在的超算能力只差5倍，”Zacharia笑著說。