今年6月，最新的超算TOP 500榜單公布，美國(guó)能源部田納西州橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (Oak Ridge National Lab)推出的超級(jí)計(jì)算機(jī)“Summit” （頂點(diǎn)）奪得冠軍，此前連續(xù)四屆占據(jù)TOP 500榜首的神威·太湖之光退居第二。數(shù)據(jù)顯示，Summit 20億億次的性能比神威·太湖之光高出60%。雖然我國(guó)痛失超算榜首位置，但從上榜的超算總數(shù)上看，中國(guó)以206臺(tái)位居第一，占比超40%，而美國(guó)只有124臺(tái)?？梢哉f(shuō)，雙方各有勝負(fù)。
美：長(zhǎng)期占據(jù)榜首 芯片競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯
在超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史中，美國(guó)一直獨(dú)占鰲頭，這不容否認(rèn)。只有在近幾年，中國(guó)的超級(jí)計(jì)算實(shí)力奮起直追，才可與之相爭(zhēng)。盡管如此，在歷屆超級(jí)計(jì)算機(jī)榜單上，美國(guó)擁有的機(jī)器數(shù)量大部分時(shí)間超過(guò)了中國(guó)，且美國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜TOP500中的總數(shù)量也居于全球首位。
除數(shù)量外，在超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域，美國(guó)一直以來(lái)居于絕對(duì)的領(lǐng)先地位。在十幾年前，超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片供應(yīng)商只有英特爾、IBM兩家公司，英特爾與IBM型成了相對(duì)平衡雙寡頭局面。而之后AMD又參與了超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片競(jìng)爭(zhēng)，2015年，因美國(guó)開始對(duì)中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域施行芯片禁運(yùn)，痛定思痛之后大力投入超級(jí)計(jì)算機(jī)研發(fā)工作。然而現(xiàn)狀來(lái)看，美國(guó)英特爾公司仍是全球芯片領(lǐng)域的老大，在最新TOP500榜單上的500臺(tái)超算中，就有476臺(tái)使用英特爾的芯片。
中：進(jìn)展神速 以自主研發(fā)突破困局
在2008年的全球500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)榜單里，前幾名被美國(guó)包攬，而且前100名里中國(guó)一席身影都沒(méi)有。這種狀況一直持續(xù)到2010年，深圳國(guó)家超算中心星云超級(jí)機(jī)實(shí)現(xiàn)了前100名零的突破，一舉取得了世界第二的排名。隨后這一情況勢(shì)如破竹，2011年，中國(guó)天河1A超級(jí)計(jì)算機(jī)超過(guò)原排名第一的美國(guó)美洲虎系統(tǒng)取得了世界超級(jí)計(jì)算機(jī)的第一把交椅。緊接著從2013年起，我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)就一直占據(jù)著世界超級(jí)計(jì)算機(jī)排名的第一位。直至本次被美國(guó)“Summit”逆襲。但這一敗績(jī)不會(huì)持續(xù)太久，此前5月在天津舉辦的第二屆世界智能大會(huì)上，中國(guó)國(guó)家超算天津中心對(duì)外展示了我國(guó)新一代百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河三號(hào)”原型機(jī)，有望在2020年研制成功并重回超算榜首。
除了TOP500榜單的冠軍的爭(zhēng)奪，在上榜超級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)量上，中國(guó)的優(yōu)勢(shì)也在持續(xù)擴(kuò)大。最新榜單顯示，500臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中，中國(guó)以206臺(tái)位居第一，占比超40%，而美國(guó)只有124臺(tái)。
而且，我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，在自主可控方面的發(fā)展取得巨大進(jìn)展。我國(guó)超算最高性能的代表，神威·太湖之光全部使用 “申威26010”處理器，搭載神威睿思操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件全部國(guó)產(chǎn)化；天河一號(hào)、天河二號(hào)、天河三號(hào)全部采用的是國(guó)產(chǎn)CPU。（天河一號(hào)剛出來(lái)奪得世界第一，當(dāng)時(shí)確實(shí)是用英特爾處理器，后來(lái)美國(guó)對(duì)高端芯片禁止出口，天河一號(hào)也全換成國(guó)產(chǎn)處理器。）
下一代超算：需解決并行計(jì)算和異構(gòu)計(jì)算兩大難題
面對(duì)中美在超算上的競(jìng)爭(zhēng),歐盟、日本、加拿大等都不愿意屈居人后,紛紛布局下一代超算,做技術(shù)儲(chǔ)備。
不少人認(rèn)為,構(gòu)建超級(jí)計(jì)算機(jī)就是在做芯片處理的加法,處理器(CPU)越多,計(jì)算速度也就越快。事實(shí)并非如此。打個(gè)比方,三人共同協(xié)作完成任務(wù),除去正常開展任務(wù)工作外,還需要耗費(fèi)人力進(jìn)行任務(wù)分解、任務(wù)分配、結(jié)果歸總等管理工作。管理工作不科學(xué),總體工作效率會(huì)大幅降低。所以,和普通計(jì)算機(jī)相比,超級(jí)計(jì)算機(jī)還有并行計(jì)算和異構(gòu)計(jì)算兩大難題需要解決。
并行計(jì)算是指同時(shí)使用多種計(jì)算資源解決計(jì)算問(wèn)題的過(guò)程,是提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算速度和處理能力的一種有效手段。它的基本思想是用多個(gè)處理器來(lái)協(xié)同求解同一問(wèn)題,即將被求解的問(wèn)題分解成若干個(gè)部分,各部分均由一個(gè)獨(dú)立的處理機(jī)來(lái)并行計(jì)算。并行計(jì)算的目的是為了加快求解速度,擴(kuò)大求解規(guī)模。
異構(gòu)計(jì)算是指使用不同類型指令集和體系架構(gòu)的計(jì)算單元組成系統(tǒng)的計(jì)算方式。不同種類的處理器都有適合其處理的任務(wù)類型,比如CPU適合做串行、邏輯復(fù)雜度高的任務(wù)；GPU主要用于圖形處理和矩陣運(yùn)算,適合做簡(jiǎn)單、并行度高的任務(wù)；TPU(Tensor Processing Unit,張量處理單元)是為機(jī)器學(xué)習(xí)定制的芯片,主要用于人工智能領(lǐng)域。