??新智元報(bào)道??

編輯：好困 David 袁榭

【新智元導(dǎo)讀】最新超算Top500榜單揭曉！美國的性能怪獸Frontier以橫掃之勢(shì)拿下第一，算力超過身后468臺(tái)的總和。

已經(jīng)霸榜兩年，完成四連冠的日本富岳終于跌落了「神壇」。
?在剛剛公布的2022年全球超算Top500名單中，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的Frontier奪得第一。?憑借1.102 Exaflop/s的HPL分?jǐn)?shù)，F(xiàn)rontier不僅是有史以來最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，它也是第一臺(tái)真正的「E級(jí)超算」。?

?相比之下，中國的神威·太湖之光和天河二號(hào)排名下滑至第六和第九。?去年，美國將神威·太湖之光的處理器供應(yīng)商申威列入了實(shí)體清單，或多或少給中國超算的發(fā)展造成了影響。?

?這次Top500的64位浮點(diǎn)計(jì)算總算力為4.4 exaflops，比六個(gè)月前的上一期榜單增長了44.7%。

，時(shí)長00:58

Frontier：突破百億億次

?

那么，F(xiàn)rontier的性能到底達(dá)到了怎樣「逆天」的程度呢？！?簡單來說，就是把排在它之后的7個(gè)超算的算力加起來，都比不過一個(gè)Frontier。?

?除了如此炫目的算力之外，F(xiàn)rontier還是全球跑AI最快的超級(jí)電腦之一。在HPL-AI基準(zhǔn)的混合精度性能測(cè)試中，F(xiàn)rontier跑出了6.88 ExaFlops的成績。?用白話說，這個(gè)性能相當(dāng)于，給一個(gè)860億神經(jīng)元組成的智能體中的每個(gè)神經(jīng)元，每秒都下達(dá)6800萬個(gè)指令。?用這個(gè)訓(xùn)練AI大模型，那可真是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)搭上了一級(jí)方程式賽車，可以直接在賽道上起飛。?全新的Frontier占地372平方米，由74個(gè)HPE Cray EX機(jī)柜組成，可容納9408個(gè)節(jié)點(diǎn)。?其中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)AMD Milan 「Trento」 7A53 Epyc CPU，搭配512GB DDR4內(nèi)存和4個(gè)AMD Radeon Instinct MI250X GPU。?總的來說，該系統(tǒng)有602,112個(gè)CPU核心，與4.6PB的DDR4內(nèi)存相連接。?此外，37,888個(gè)AMD MI250X GPU具有8,138,240個(gè)核心，并搭配了4.6PB的HBM內(nèi)存（每個(gè)GPU有128GB）。?CPU和GPU使用基于以太網(wǎng)的HPE Cray Slingshot-11網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。?

?儲(chǔ)存上則與一個(gè)性能極佳的存儲(chǔ)子系統(tǒng)相連，有著700PB的容量，75TB/s的吞吐量和150億IOPS的性能。?元數(shù)據(jù)層分布在480個(gè)NVMe SSD上，提供10PB的整體容量，而5400個(gè)NVMe SSD為主要的高速存儲(chǔ)層提供11.5PB的容量。?同時(shí)，47,700個(gè)PMR硬盤提供679PB的容量。?

?散熱方面，基于水冷的系統(tǒng)讓6000加侖的水在350馬力的泵在整個(gè)系統(tǒng)中「移動(dòng)」，由此將溫度控制在了85度左右。?直觀來說，這些水泵可以在30分鐘內(nèi)填滿一個(gè)奧林匹克標(biāo)準(zhǔn)游泳池。?Frontier不僅是現(xiàn)在世界上最快的超算，也是最環(huán)保的超算。?Frontier的能耗比，亦居全球超算的環(huán)保程度Green500榜單之首。單個(gè)由第三代AMD的Epyc處理器與Instinct MI250x加速器組建的機(jī)柜單元，其能耗效率是每瓦電能運(yùn)算62.68 gigaflops。?

?不過，想把Frontier組裝起來可不容易，ORNL必須采購685個(gè)不同編號(hào)的6000萬個(gè)部件。?此外，在建造過程中還不得不去應(yīng)對(duì)芯片的短缺。?ORNL受影響的零件編號(hào)有167個(gè)，算下來是200萬個(gè)零件。而AMD缺少M(fèi)I200 GPU的15個(gè)編號(hào)的零件。?于是ORNL與ASCR合作，為這些零件獲得了國防優(yōu)先權(quán)和分配系統(tǒng)（DPAS）評(píng)級(jí)，這意味著美國政府可以使用年度的防務(wù)預(yù)算，用顯著高于市場(chǎng)價(jià)的更優(yōu)厚價(jià)格來采購這些部件。?很快，「短缺」的問題也就得到了解決。?

?經(jīng)過這波操作，是不是可以解開很多人心中所謂的「疑惑」了呢？?美國：為了我們的國防事業(yè)，加大力度搞超算！?

?雖然這么花錢，但用處不可謂不廣。在英偉達(dá)老黃這種財(cái)主老爺都要做地球數(shù)字孿生體的時(shí)代，各國官方部門的超級(jí)計(jì)算機(jī)在開發(fā)處理龐大數(shù)據(jù)的AI、模擬氣候和產(chǎn)業(yè)用途等方面越來越重要。?就算橡樹林自己用不完這算力，也可以租、售嘛，工業(yè)界對(duì)算力可是嗷嗷待哺。?而且這已有他國先例：在預(yù)測(cè)機(jī)床材料加工結(jié)果的實(shí)驗(yàn)中，日本DMG森精機(jī)床自帶工業(yè)電腦需要8小時(shí)，但富岳只需要10分鐘就完成了。?

中國：玩你們的，我就看看

在新一期榜單上，中國和美國仍然是上榜最多的國家。

?在上榜超算數(shù)量上，中國仍為173臺(tái)，和上期持平，繼續(xù)位列榜首。美國從上期的150臺(tái)下降到127臺(tái)，排名次席。盡管如此，這兩個(gè)國家仍然占了TOP 500榜單總數(shù)的60%。?日本、德國、法國分別以34、31、22臺(tái)位列3-5位。?

?雖然此次Frontier正式成為世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，但它還沒有與去年被曝光的兩個(gè)中國超算進(jìn)行比較。?不過，這兩個(gè)系統(tǒng)目前都沒有向Top500提交測(cè)試數(shù)據(jù)。?根據(jù)爆料的數(shù)據(jù)，有不少外媒推斷Sunway OceanLight（神威·海洋之光）超級(jí)計(jì)算機(jī)在HPL基準(zhǔn)上的峰值約為1.3 exaflops/1.05 exaflops，而天河三號(hào)則能夠達(dá)到1.7 exaflops峰值/1.3 exaflops持續(xù)值。
然而，考慮到美國在芯片上的各種「卡脖子」，中國超算刷榜的后果很有可能就變成了一個(gè)制裁的「靶子」，想必短時(shí)間內(nèi)應(yīng)該不會(huì)看到任何有關(guān)數(shù)據(jù)的更新了。
?

?上榜數(shù)量占比上，中國以34.6%的比例占據(jù)榜首，美國以25.4%的比例位列第二，中美爭(zhēng)霸的態(tài)勢(shì)依舊。?

?而在總性能排行榜上，美國的優(yōu)勢(shì)仍然不可動(dòng)搖，以47.3%的總算力牢牢占據(jù)首位，不難看出，此次登頂?shù)腇rontier為美國穩(wěn)定霸榜貢獻(xiàn)不小。?

?此外，此次Top 500榜單還統(tǒng)計(jì)了自1990年起超算算力的進(jìn)步趨勢(shì)，并進(jìn)行了線性回歸。?表中橫軸為時(shí)間，縱軸為算力（取對(duì)數(shù)）。?綠色點(diǎn)為上榜超算的總算力，黃色三角為榜單冠軍的算力，藍(lán)色方塊為榜單倒數(shù)第一（第500名）超算的算力。對(duì)應(yīng)顏色的直線為線性回歸的結(jié)果。?可以看到，這三條直線大致符合摩爾定律的對(duì)算力提升的預(yù)測(cè)性判斷。?都說摩爾定律已死，看起來在超算領(lǐng)域，它還活的很好很健壯。?

歐洲崛起：Top10占據(jù)7席

美國并不是唯一取得顯著成績的地區(qū)。歐洲也表現(xiàn)良好，從總排名上看，美、中、日占據(jù)前3，前十中剩余的七席則全部為歐洲國家占據(jù)。

?其中德國上榜31臺(tái)，法國上榜22臺(tái)，意大利上榜14臺(tái)。?芬蘭新部署的LUMI超級(jí)計(jì)算機(jī)以151.9 petaflops的FP64性能勉強(qiáng)超過美國的Summit，獲得第3名。?另外，法國GENCI-CINES的Adastra以46.1 petaflops的性能險(xiǎn)些奪得第10名。雖然遠(yuǎn)不及LUMI強(qiáng)大，但Adastra仍然保持著歐洲第二強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)的殊榮。?LUMI和Adastra等系統(tǒng)也說明了另一個(gè)趨勢(shì)。與Frontier一樣，它們基于HPE的全AMD Cray EX平臺(tái)，使用第三代Epyc CPU和Instinct GPU。?

?

為啥不用GPU加速：還是差錢

長久以來，AMD第一次在Top500中的系統(tǒng)內(nèi)的主機(jī)CPU中占有代表性的份額，但英特爾至強(qiáng)處理器仍然占主導(dǎo)地位。

?

?從本世紀(jì)初開始，英特爾在高性能計(jì)算領(lǐng)域開始發(fā)力，只用了幾年時(shí)間，就將IBM、惠普等幾家之前的主要玩家排擠得元?dú)獯髠?從2017年到2020年，英特爾在高性能計(jì)算領(lǐng)域達(dá)到極盛的市場(chǎng)占有率一度超過90%。?直到目前，英特爾的份額仍高達(dá)77.4%，下降了4.2個(gè)百分點(diǎn)，而AMD的份額正好上升了這個(gè)數(shù)字。預(yù)計(jì)Epycs會(huì)在與Xeon SP的競(jìng)爭(zhēng)中獲得更大的動(dòng)力。?而且，AMD有后來居上的勢(shì)頭。在2022年的全球超算Top500榜單中，現(xiàn)在有94臺(tái)超算依賴AMD的產(chǎn)品，年度增長95%。而且AMD的 Instinct MI200 加速器首次被其中7臺(tái)超算采用。?另一個(gè)問題是，為什么不用GPU加速器？可能是因?yàn)橘F？?GPU加速器作為計(jì)算引擎，可以提升巨大的性能和性價(jià)比，但目前，加速器并沒有在Top500榜單上的超算架構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。這些GPU加速器主要是英偉達(dá)的。?但是，除了英偉達(dá)自家的HPC中心有大量應(yīng)用需要移植到GPU上，而且不差錢之外，世界上成千上萬的其他HPC中心還是差錢的，這些HPC的代碼是明確為CPU編寫的。?

?目前的Top500榜單中，只有170臺(tái)超算采用了GPU加速器--當(dāng)然大部分來自英偉達(dá)。?另一個(gè)因素是，更便宜的CPU本身現(xiàn)在也在陸續(xù)添加類似于GPU的加速計(jì)算功能，比如向量和現(xiàn)在的矩陣計(jì)算等。?這樣就比將CPU程序轉(zhuǎn)移至GPU運(yùn)行更省錢，也更容易編程。我們可能永遠(yuǎn)不會(huì)看到一個(gè)主要由GPU加速系統(tǒng)組成的Top500榜單了。?事實(shí)上，在「富岳」、「太湖之光」這樣排名靠前的超算系統(tǒng)中，CPU基本上充當(dāng)了具備向量和矩陣計(jì)算型GPU的作用。

參考資料：

https://www.top500.org/news/ornls-frontier-first-to-break-the-exaflop-ceiling/https://www.nextplatform.com/2022/05/30/at-long-last-hpc-officially-breaks-the-exascale-barrier/https://www.nytimes.com/2022/05/30/business/us-supercomputer-frontier.html