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美國(guó)重奪全球超算霸主,總算力56%來(lái)自GPU

2018-07-02
關(guān)鍵詞: 全球超算 GPU

  TOP500是針對(duì)全球已知最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)做出排名與詳細(xì)介紹的項(xiàng)目。此項(xiàng)目始于1993年,今年已經(jīng)是第25年。TOP500每年公布兩次最新的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名,一次是在6月份的國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)(ISC),第二次則是在11月份的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)(SC)。

  近日舉行的ISC會(huì)議上,最新一期Top500榜單公布了。這次,榜單頂部的排名變化較大,美國(guó)Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)摘得桂冠,兩個(gè)新系統(tǒng)進(jìn)入前5。這是自2012年11月以來(lái),美國(guó)第一次宣布全球最強(qiáng)大超級(jí)計(jì)算機(jī),重奪超算霸主地位。

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  Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)。來(lái)源:橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

  由IBM總包設(shè)計(jì)建設(shè),目前在美國(guó)能源部(DOE)的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)運(yùn)行的Summit超級(jí)計(jì)算機(jī),在作為T(mén)OP500榜單基準(zhǔn)的高性能Linpack(HPL)基準(zhǔn)測(cè)試中以122.3 petaflops(每秒12.23億億次)的性能問(wèn)鼎榜首。Summit超算有4356個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備2顆22核的Power9 CPU和6顆NVIDIA Tesla V100 GPU。節(jié)點(diǎn)與Mellanox雙軌EDR InfiniBand網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

  Summit的Linpack測(cè)試的理論峰值性能是187.7 petaflops。在Linpack測(cè)試中,Summit超算提供122.3 petaflops的性能,計(jì)算效率達(dá)到65.2% ——這對(duì)新機(jī)器來(lái)說(shuō)并不差,而且顯然會(huì)隨著時(shí)間的推移而改善。

  排名第二的是中國(guó)的神威·太湖之光,由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心(NRCPC)開(kāi)發(fā),安裝在國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心。該系統(tǒng)在過(guò)去兩年里一直名列榜首,自2016年6月上線以來(lái),它的HPL成績(jī)一直保持不變,為93 petaflops。神威·太湖之光在Linpack性能測(cè)試中的計(jì)算效率達(dá)到74.2%,達(dá)到93 petaflops的性能的功耗為15.37百萬(wàn)瓦(megawatts),而Summit系統(tǒng)達(dá)到122.3 petaflops性能的功耗僅8.81百萬(wàn)瓦。

  美國(guó)能源部勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的新系統(tǒng)Sierra排名第三,它的HPL性能是71.6 petaflops。同樣由IBM打造的Sierra超算的架構(gòu)與Summit非常相似,有4320個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)均由兩顆Power9 CPU和四顆NVIDIA Tesla V100 GPU驅(qū)動(dòng),并使用相同的Mellanox EDR InfiniBand作為系統(tǒng)互連。

  天河二號(hào)盡管經(jīng)過(guò)了一次重大升級(jí),用定制的Matrix-2000協(xié)處理器取代了5年前的Xeon Phi加速器,但它還是下降了兩名,由6個(gè)月前的第二名變成第四名。天河二號(hào)的新硬件將其HPL性能從33.9 petaflops提高到61.4 petaflops,同時(shí)將功耗略微提高了約4%。天河二號(hào)由中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)(NUDT)開(kāi)發(fā),部署在國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心。

  AI Bridging Cloud Infrastructure (ABCI)是排名第五的系統(tǒng),由日本富士通公司制造,它的HPL性能達(dá)到19.9 petaflops。ABCI由20核的Xeon Gold處理器和NVIDIA Tesla V100 GPU驅(qū)動(dòng),安裝在日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所(AIST)。

  瑞士的Piz Daint (19.6 petaflops)、美國(guó)的Titan (17.6 petaflops)、美國(guó)的Sequoia (17.2 petaflops)、美國(guó)的Trinity (14.1 petaflops),和美國(guó)的 Cori (14.0 petaflops) 分別排第6位至第10位。

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  TOP500的前10名

  TOP500榜單中國(guó)超算數(shù)量超過(guò)美國(guó)

  接下來(lái)我們看看TOP500的一些關(guān)鍵概況。

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  盡管美國(guó)在榜單上的排名靠前,但目前美國(guó)在榜單上的系統(tǒng)只有124套,創(chuàng)歷史新低。就在6個(gè)月前,美國(guó)在榜單上的系統(tǒng)還有145套。與此同時(shí),中國(guó)進(jìn)入榜單的系統(tǒng)達(dá)到206套,占比41%,6個(gè)月前是202套。接著是日本,有36套系統(tǒng),英國(guó)22套,德國(guó)21套,法國(guó)18套。這些數(shù)字與上次的榜單基本相同。

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  國(guó)家超算數(shù)量年度變化

  不過(guò),主要?dú)w功于Summit和Sierra,美國(guó)在性能方面從中國(guó)手中奪回了領(lǐng)先地位。目前,美國(guó)的系統(tǒng)占TOP500系統(tǒng)性能總和的38.2%,中國(guó)排在第二位,占29.1%。

  今年是第一次TOP500榜單的所有500套系統(tǒng)的總性能超過(guò)百億億次級(jí)別(exaflop),確切地說(shuō),已經(jīng)達(dá)到1.22 exaflops。這比去年11月時(shí)的 845 petaflops 要高。其中,有273套系統(tǒng)的HPL性能超過(guò)1 petaflops,而上次的榜單超過(guò)只有181套系統(tǒng)性能超過(guò)1 petaflops。

  CPU架構(gòu)Intel Xeon占主導(dǎo)地位,56%的計(jì)算來(lái)自GPU

  就處理器架構(gòu)而言,Intel Xeon在CPU架構(gòu)方面占據(jù)主導(dǎo)地位。

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  未來(lái)幾年,IBM和AMD可能會(huì)分別憑借Power和Epyc處理器迎來(lái)復(fù)興,而Arm服務(wù)器芯片也將從中分得一杯羹。但即便如此,Intel Xeon仍將繼續(xù)在CPU方面占據(jù)主導(dǎo)地位。

  在加速器方面,TOP500系統(tǒng)中有110個(gè)使用加速器,相比2017年11月時(shí)的101個(gè)加速系統(tǒng)略有增加。TOP500超算的總體性能有一半來(lái)自某種形式的加速系統(tǒng)。這些使用加速器的系統(tǒng)中有96個(gè)使用NVIDIA GPU,其中前10名就有5個(gè):Summit,Sierra,ABCI,Piz Daint和Titan。此外,使用加速器的系統(tǒng)中有7個(gè)配備了Xeon Phi協(xié)處理器,而PEZY加速器被用在4個(gè)系統(tǒng)中。另外20個(gè)系統(tǒng)使用Xeon Phi作為主處理器。

  TOP500的幾乎所有超級(jí)計(jì)算機(jī)(97.8%)都由擁有8個(gè)或更多內(nèi)核的主處理器驅(qū)動(dòng),超過(guò)一半(53.2%)的主處理器有超過(guò)16個(gè)內(nèi)核。

  10G或更快的以太網(wǎng)在247個(gè)系統(tǒng)中被使用,比6個(gè)月前榜單的228個(gè)多。此外,139個(gè)系統(tǒng)使用InfiniBand,比上次榜單的163個(gè)少。有38個(gè)系統(tǒng)使用英特爾的Omni-Path技術(shù),上次的榜單是35個(gè)。

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  TOP500榜單中,56%的計(jì)算來(lái)自GPU。越來(lái)越多的廠商開(kāi)始談?wù)摗叭斯ぶ悄艹?jí)計(jì)算機(jī)”(AI supercomputers),因?yàn)榭梢约铀賯鹘y(tǒng)HPC工作負(fù)載的CPU-GPU混合架構(gòu)也可以用于機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

  自1993年以來(lái),TOP500的總性能、排名第一以及排名500的超算性能變化如下圖所示:

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  另一個(gè)變化是,榜單中學(xué)術(shù)、機(jī)密和研究類型的超算有所減少,而用于工業(yè)的超算比例增加了:

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  以下是按系統(tǒng)份額的廠商排名,聯(lián)系有122套系統(tǒng)上榜,占23.8%,其次是HPE,15.8%(79套系統(tǒng)),浪潮,13.6%(68套系統(tǒng)),Cray, 11.2%(56套系統(tǒng)),曙光, 11%(55套系統(tǒng))。

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  盡管IBM擁有前三名超級(jí)計(jì)算機(jī)中的兩款:Summit和Sierra,但它在整個(gè)榜單中只有19套系統(tǒng)。然而,由于這兩臺(tái)機(jī)器,IBM貢獻(xiàn)了TOP500總性能的19.9%。接著是Cray,性能份額為16.5%,聯(lián)想為12.0%,HPE為9.9%。

  Green500榜單

  最后,我們看一下Green500的榜單。Green500中排名前三的超算都來(lái)自日本,它們基于ZettaScaler-2.2架構(gòu),使用PEZY-SC2加速器。而前10名中的其他系統(tǒng)都使用NVIDIA GPU。

  最高能效的超級(jí)計(jì)算機(jī)仍然日本理研的Shoubu(菖蒲) system B,能效為18.4 gigaflops/watt,在TOP500榜單中排名第362位。

  能效排名第二的是位於日本高能加速器研究組織/KEK的Suiren2系統(tǒng),達(dá)到16.8 gigaflops/watt,在TOP500榜單中排名第388位。

  Green500的第三名是美國(guó)的DGX SaturnV Volta系統(tǒng),接著是Summit(美國(guó)),TSUBAME 3.0(日本),AIST AI Cloud(日本),AI Bridging Cloud Infrastructure(日本),new IBM MareNostrum P9 cluster(西班牙),DOE’s Summit system(美國(guó)),以及Wilkes-2(英國(guó))。

  作為不依賴任何加速器的最高能效的超級(jí)計(jì)算機(jī),神威·太湖之光在Green500榜單上排第22位。


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