超級計算(Supercomputing)這一名詞在1929年首次出現(xiàn)在《紐約世界報》關(guān)于“IBM為哥倫比亞大學(xué)建造大型報表機(tabulator)”的報道中。超級計算機的定義是由數(shù)百個以上處理器組成的，能夠完成計算普通PC機和服務(wù)器不能完成的大型、復(fù)雜課題的計算機。以2017年生產(chǎn)的筆記本電腦或個人臺式機主流配置作參照，我國運行速度最快的神威·太湖之光的運算能力相當于200多萬臺普通電腦。超級計算機的運算能力由此可以見一斑。所以說，超級計算機是妥妥的“大國重器”，誰掌握了超算能力，誰就在科技領(lǐng)域占據(jù)了一個制高點。
一個國家的超級計算機實力與其發(fā)展息息相關(guān)。經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了很多需求，如天氣預(yù)報、風洞實驗、航空航天等，需要具有更快處理數(shù)據(jù)能力的超級計算機。當某個國家擁有一臺世界排名第一的超級計算機時，意味著這個國家一切繁復(fù)的運算、模擬將比其他國家更快、更準確，相應(yīng)地最終設(shè)計制造周期將大幅度縮短，無論是在軍用還是在民用上都將獲得無可比擬的領(lǐng)先優(yōu)勢。這也就難怪各科技強國都不遺余力得在此領(lǐng)域加大投入,不斷沖擊世界超級計算機之巔。其中美國和中國無疑居于領(lǐng)先地位。
自1993年有了TOP500超算排名之后，美國多年來一直壟斷著TOP500超算冠軍，在數(shù)量上也占據(jù)絕對優(yōu)勢。不過最近十年來中國已經(jīng)成功實現(xiàn)追趕并超越美國，入圍TOP500的超算越來越多，尤其是最近5年10屆TOP500冠軍先后被我國的天河二號和神威·太湖之光所奪得。目前我國計算速度最快的神威·太湖之光具有93 PFLOP（1 PFLOP 等于每秒一千萬億次的浮點運算，也就是9.3億億次每秒）的極限性能，相當于美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室開發(fā)的Titan（18 PFLOP）超級計算機的5倍。直至今年的6月份，美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室的新一代超算Summit擊敗此前曾四連冠的神威·太湖之光，一舉占據(jù)冠軍位置。
未來超算的性能競爭將集中到每秒百億億次
Summit 的出現(xiàn)將超級計算機的峰值運算速度提高到每秒百億億次。全球超級計算機的競賽提前幾年進入E級競賽階段，美國和中國領(lǐng)先。美國正在研究開發(fā)幾臺這樣的機器，每臺機器的成本可能在4億美元至6億美元之間，并且得到了英偉達、IBM 以及英特爾等公司的合作幫助。美國的目標是在2021年和2023年之間完成使至少一臺“百億億級”計算機。
按照中國的時間表，中國最早有望在2020年發(fā)布E級超算。目前中國同時啟動了三大E級超算原型系統(tǒng)的研發(fā)，分別是國防科大和天津超算中心的“天河三號”、中科曙光的E級超算，以及江南所和濟南超算中心的“神威”E級超算。
國家超算無錫中心主任楊廣文也曾透露，“神威·太湖之光”新一代百億億次超算的研制已經(jīng)列入國家“十三五”規(guī)劃，并以“神威”“曙光”“天河”等系列超級計算機為龍頭開展研制，有望在2020年左右推出首臺國產(chǎn)百億億級次超級計算機。
“天河一號”研發(fā)部部長孟祥飛在十九大“黨代表通道”上透露，他們正在進行百億億次超級計算機的研發(fā)，預(yù)計2020年研制成功。曙光的Torus技術(shù)可以說是為E級計算而生的。Torus網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)本身的密度高擴展性好，橫向擴展的成本增長呈直線型，更像是橫向擴展的一個狀態(tài)，更適合在大規(guī)模節(jié)點的范圍中使用。
人工智能應(yīng)用的超級計算機應(yīng)該成為競爭焦點
橡樹嶺的研究小組說，Summit是第一臺既支持傳統(tǒng)計算也支持運行人工智能應(yīng)用的超級計算機，比如機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等運行都可以在其上實現(xiàn)。Summit基于 IBM在2017年12月于北京所發(fā)表的最新一代 Power PC 9216 架構(gòu)，與多達 27648 個 NVIDIA GPU 組合而成，目的在于解決目前機器學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等 AI 應(yīng)用的性能瓶頸。
高性能計算機就是為人工智能而生的。當年的超級電腦“深藍”在國際象棋上打敗卡斯特洛夫。十年后，人工智能Alpha GO才在圍棋上擊敗了李世石。超級計算機與AI結(jié)合的前景被業(yè)界普遍看好，確實非常值得期待。
中國在AI芯片、AI算法、大數(shù)據(jù)積累、算力等方面都具有發(fā)展?jié)摿Γ耆梢栽贏I應(yīng)用的超算競爭中，達成科技與商業(yè)的完美結(jié)合的大目標。