美國重奪全球超算第一！人類實現(xiàn)百億億次E級超算，F(xiàn)rontier屠榜全球Top500
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編/好困 David 袁榭
來源：新智元（ID:AI_era)
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，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的Frontier奪得第一。
憑借1.102 Exaflop/s的HPL分數(shù)，F(xiàn)rontier不僅是有史以來最強大的超級計算機，它也是第一臺真正的‘E級超算’。
相比之下，中國的神威·太湖之光和天河二號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位浮點計算總算力為4.4 exaflops，比六個月前的上一期榜單增長了44.7%。
Frontier：突破百億億次
那么，F(xiàn)rontier的性能到底達到了怎樣‘逆天’的程度呢？！
簡單來說，就是把排在它之后的468個超算的算力加起來，都比不過一個Frontier。
除了如此炫目的算力之外，F(xiàn)rontier還是全球跑AI最快的超級電腦之一。在HPL-AI基準(zhǔn)的混合精度性能測試中，F(xiàn)rontier跑出了6.88 ExaFlops的成績。
用白話說，這個性能相當(dāng)于，給一個860億神經(jīng)元組成的智能體中的每個神經(jīng)元，每秒都下達6800萬個指令。
用這個訓(xùn)練AI大模型，那可真是火箭發(fā)動機搭上了一級方程式賽車，可以直接在賽道上起飛。
全新的Frontier占地372平方米，由74個HPE Cray EX機柜組成，可容納9408個節(jié)點。
其中，每個節(jié)點有一個AMD Milan ‘Trento’ 7A53 Epyc CPU，搭配512GB DDR4內(nèi)存和4個AMD Radeon Instinct MI250X GPU。
總的來說，該系統(tǒng)有602，112個CPU核心，與4.6PB的DDR4內(nèi)存相連接。
此外，37，888個AMD MI250X GPU具有8，138，240個核心，并搭配了4.6PB的HBM內(nèi)存（每個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)進行連接。
儲存上則與一個性能極佳的存儲子系統(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NVMe SSD上，提供10PB的整體容量，而5400個NVMe SSD為主要的高速存儲層提供11.5PB的容量。
同時，47，700個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馬力的泵在整個系統(tǒng)中‘移動’，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。單個由第三代AMD的Epyc處理器與Instinct MI250x加速器組建的機柜單元，其能耗效率是每瓦電能運算62.68 gigaflops。
不過，想把Frontier組裝起來可不容易，ORNL必須采購685個不同編號的6000萬個部件。
此外，在建造過程中還不得不去應(yīng)對芯片的短缺。
ORNL受影響的零件編號有167個，算下來是200萬個零件。而AMD缺少MI200 GPU的15個編號的零件。
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）評級，這意味著美國政府可以使用年度的防務(wù)預(yù)算，用顯著高于市場價的更優(yōu)厚價格來采購這些部件。
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。在英偉達老黃這種財主老爺都要做地球數(shù)字孿生體的時代，各國官方部門的超級計算機在開發(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)界對算力可是嗷嗷待哺。
而且這已有他國先例：在預(yù)測機床材料加工結(jié)果的實驗中，日本DMG森精機床自帶工業(yè)電腦需要8小時，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，和上期持平，繼續(xù)位列榜首。美國從上期的150臺下降到127臺，排名次席。盡管如此，這兩個國家仍然占了TOP 500榜單總數(shù)的60%。
日本、德國、法國分別以34、31、22臺位列3-5位。
雖然此次Frontier正式成為世界上最強大的超級計算機，但它還沒有與去年被曝光的兩個中國超算進行比較。
不過，這兩個系統(tǒng)目前都沒有向Top500提交測試數(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）超級計算機在HPL基準(zhǔn)上的峰值約為1.3 exaflops/1.05 exaflops，而天河三號則能夠達到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制裁的‘靶子’，想必短時間內(nèi)應(yīng)該不會看到任何有關(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，中美爭霸的態(tài)勢依舊。
而在總性能排行榜上，美國的優(yōu)勢仍然不可動搖，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)定霸榜貢獻不小。
此外，此次Top 500榜單還統(tǒng)計了自1990年起超算算力的進步趨勢，并進行了線性回歸。
表中橫軸為時間，縱軸為算力（取對數(shù)）。
綠色點為上榜超算的總算力，黃色三角為榜單冠軍的算力，藍色方塊為榜單倒數(shù)第一（第500名）超算的算力。對應(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算力提升的預(yù)測性判斷。
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，法國上榜22臺，意大利上榜14臺。
芬蘭新部署的LUMI超級計算機以151.9 petaflops的FP64性能勉強超過美國的Summit，獲得第3名。
另外，法國GENCI-CINES的Adastra以46.1 petaflops的性能險些奪得第10名。雖然遠不及LUMI強大，但Adastra仍然保持著歐洲第二強大的超級計算機的殊榮。
LUMI和Adastra等系統(tǒng)也說明了另一個趨勢。與Frontier一樣，它們基于HPE的全AMD Cray EX平臺，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CPU中占有代表性的份額，但英特爾至強處理器仍然占主導(dǎo)地位。
從本世紀初開始，英特爾在高性能計算領(lǐng)域開始發(fā)力，只用了幾年時間，就將IBM、惠普等幾家之前的主要玩家排擠得元氣大傷。
從2017年到2020年，英特爾在高性能計算領(lǐng)域達到極盛的市場占有率一度超過90%。
直到目前，英特爾的份額仍高達77.4%，下降了4.2個百分點，而AMD的份額正好上升了這個數(shù)字。預(yù)計Epycs會在與Xeon SP的競爭中獲得更大的動力。
而且，AMD有后來居上的勢頭。在2022年的全球超算Top500榜單中，現(xiàn)在有94臺超算依賴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臺超算采用。
另一個問題是，為什么不用GPU加速器？可能是因為貴？
GPU加速器作為計算引擎，可以提升巨大的性能和性價比，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的。
但是，除了英偉達自家的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臺超算采用了GPU加速器--當(dāng)然大部分來自英偉達。
另一個因素是，更便宜的CPU本身現(xiàn)在也在陸續(xù)添加類似于GPU的加速計算功能，比如向量和現(xiàn)在的矩陣計算等。
這樣就比將CPU程序轉(zhuǎn)移至GPU運行更省錢，也更容易編程。我們可能永遠不會看到一個主要由GPU加速系統(tǒng)組成的Top500榜單了。
事實上，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算型GPU的作用。
（聲明：本文僅代表作者觀點，不代表新浪網(wǎng)立場。）
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