E级超算元年将至,中国三条技术路线冲顶

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人类历史经历了农业、工业和信息革命，现在正处于人工智能革命的进程之中。对此，中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长，中科院计算所研究员张云泉博士在接受DeepTech采访时表示：“农业社会靠体力，工业社会靠机器，信息社会靠互联网，而人工智能社会要靠‘算力’，谁能占领‘算力’的制高点，谁就有了引领社会发展的基础。”因此，代表算力巅峰的“超级计算机”就显得至关重要。上月，最新的全球超级计算机TOP发布，榜单显示有高达45.%的计算机来自中国，且中国超算占全球在榜总算力的5.6%。在我们为此高兴的同时，日本超级计算机“富岳”（Fugaku）首次上榜即荣登榜首的消息，也让不少国人感到了压力，认为中国超算又落后于人，可事实真的如此吗？张云泉向DeepTech作出了如下结论：富岳以半E级（算力＞PFlops）超算的未完成形态冲榜，旨在打中美E级超算一个时间差，短期成为“独孤求败”，但等到年底或明年，中美超算一出，就会变成“独孤必败”。01年是业内公认的E级超算元年，中国已有神威、天河3号、曙光三条不同技术路线的E级原型机交付，如今正向顶峰进击。榜单上的中国中国超算的起步并不算晚，有这样一个“玻璃房子”的故事一直被人们提起。上世纪80年代，中国石油工业部物探局曾重金购买了一台IBM大型机，但这笔交易的附加条件非常苛刻。首先，为防止中方“窃取技术”，美方将该主机安置在一间玻璃房内，对其实施了4小时全方位监控，且进出钥匙交由美方控制；其次，机器的启动密码也由美方掌握，并且规定中方应定期向美国提交系统日志。中国超级计算机的先驱们，就在这样的环境下扬起了风帆。年1月，我国第一台每秒钟运算超1亿次的计算机——“银河”研制成功，这一成果使中国成为继美国、日本之后，第三个能独立设计和研制超级计算机的国家。图

银河1号此后，“银河号”、“银河3号”、“银河4号”接踵而来，算力从也每秒1亿次上升到1万亿次。自此，中国成为少数能发布5至7天中期数值天气预报的国家之一。年，中国研制成功“曙光1号”超级计算机，开辟了另一序列。后来，由于大规模并行计算机代替向量机成为重点发展方向，中国开始研发“神威”系列超级计算机，并于9年推出了神威1号。另外，00年联想集团也推出了名为“深腾”的机群并行机。至此，中国最重要的四个超算系列都登上了历史舞台。图

中国超算数量变化图年，中国超算算力突破10万亿次/秒；年，“天河1号A”代表中国第一次登上了全球超级计算机榜首，但优势地位转瞬即逝，被日本超算“京”取代。年6月到年6月，“天河号”、“神威·太湖之光”连续雄踞TOP榜首长达5年。此后，美国超算Summit夺魁，神威一直处于榜单前三的位置，直到上个月富岳的出现。在近40年的发展历程中，中国在美国不断施压、禁运、技术封锁的外部条件下，研制成功了多台以神威为代表的核心部件全部国产化的超算，目前，中国所有的上榜超算中，已经完全看不到IBM的身影。那么我国的超算在世界范围内处在一个怎样的位置呢？通过对TOP榜单的进一步分析或许能有一个直观的了解。图

TOP国家-数量饼图图

TOP国家-算力饼图可以看到，入围TOP的超算中，有高达45.%的计算机来自中国，并且中国占总算力的5.6%。值得注意的是，算力图中，中国、美国、日本的占比均在5%左右，主要是由于富岳的偷袭导致，待中美的E级超算一出，日本预计将回到不足10%的状态。所以，在短期内，超算领域将是中美两强领先的战场，不太可能有其他国家参与的机会。图

TOP供应商-数量饼图图

TOP供应商-算力饼图再看供应商的分布图，联想、曙光、浪潮三家头部供应商制造了6.4%的超算设备，提供了6.8%的算力。数量占比和算力占比差距比较大，这一方面反映我国的超算制造业份额虽然占优（TOP中31台设备为中国制造），但总体上单台超算性能比不上美国和日本，即使这两个国家分别只有台和9台设备在榜。查看TOP中国区榜单可以看到，除了神威·太湖之光和天河A分别排名第4、5名比较靠前之外，前名超算设备中国仅占6台。这足以说明我国超算设备整体仍处于中低水平，发展不够均衡。所以，我国在超算领域，无疑是“超算大国”，但和“超算强国”仍有一定距离，后续应该着重发展质量，而非数量。“未完成”的富岳富岳，是日本最高峰富士山的别称，可见其缔造者寄予的厚望，而它也确实不负所托。作为“京”的后继机型，富岳于年起继续由富士通与日本理化学研究所共同开发，部署在兵库县神户市中央区港湾人工岛上的理化学研究所计算科学研究中心内，本预计于01年正式运行，如今它的提早到来，也让我们有机会一睹真容。这是一台由接近万CPU核心，4.87PB内存组成的超级计算机，值得注意的是，它所搭载的富士通自研A64FXCPU（48+4core）采用了超算罕有，而智能手机设备常用的ARM架构设计开发，这在TOP冠军中史无前例。作为半E级超级计算机，富岳的性能的确非常强悍。在7nm制程、高带宽存储、“豆腐-D”互连的共同加持下，常规Linpack测试结果达到.53PFlops（千万亿次浮点运算每秒），在业界普遍认为更接近实际应用场景的HPCG（高性能共轭梯度基准测试）中更是达到了13.37PFlops，这个数字相较中国及美国的在榜超算都有一个不小的提升。然而算力的提升并非没有代价。由图可见，中国的神威超算于年6月首次上榜，而富岳则是00年6月上榜，间隔了4年时间。对于计算机来说，4年是个很长的时间。摩尔定律告诉我们，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔两年便会增加一倍；虽然实际这个定律走得时快时慢，但总体的趋势和量级还是非常准确的。图

全球主要晶圆厂制程演化图据报道，“神威”项目于01年7月进行项目调研，年3月科技部正式立项，年1月31日主机研制成功，年6月登上TOP榜首，虽然没有对外公布具体制程，但外界推测，其很可能采用了中芯国际的8nm制程工艺。反观富岳这边，官方公布其采用的是台积电7nm的最新技术。这个差距有多大呢？大概是从iPhone5S（8nm）到iPhoneXS（7nm）之间的差距。DeepTech根据台积电

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