全球超算500强榜单面世 自研 “申威”芯片备受瞩目

        新一期全球超级计算机500强榜单18日面世，美国超级计算机“顶点”蝉联冠军，中国继续扩大数量上的领先优势，在总算力上与美国的差距进一步缩小。

　　全球超算500强榜单每半年发布一次。本次榜单显示，中国境内有228台超算上榜，在上榜数量上蝉联第一，比半年前的榜单增加9台。美国以117台位列第二，日本、法国、德国依次位居其后。这是2017年11月以来，中国超算上榜数量连续第五次位居第一。

　　从总算力上看，美国超算占比为37.1%，中国超算占比为32.3%；半年前，美国超算占比为38.4%，中国超算占比为29.9%。

　　榜单显示，中国企业继续保持上榜数量优势。联想、中科曙光和浪潮位居全球超算制造商前三位。与半年前相比，中科曙光和浪潮的位置发生互换。

　　美国能源部下属橡树岭国家实验室开发的“顶点”以每秒14.86亿亿次的浮点运算速度再次登顶，与半年前的速度相同。新一期榜单的前十位排名较上次也未发生变化。美国能源部下属劳伦斯利弗莫尔国家实验室开发的“山脊”、中国超算“神威·太湖之光”和“天河二号”分列二三四位。

　　全球超级计算机500强榜单始于1993年，由国际组织“TOP500”编制，每半年发布一次，是给全球已安装的超级计算机排座次的知名榜单。

全球格局稳中蕴变

　　与今年6月在德国法兰克福发布的上期榜单相比，全球超算格局变化不大。美国的“顶点”和“山脊”再次拿下榜单冠亚军，中国的“神威·太湖之光”和“天河二号”仍然分列三四位。中国境内超算上榜数量连续五次蝉联第一，并继续扩大优势，从半年前的219台增加到228台。从总算力来看，中国超算占比32.3%，与美国差距从半年前的8.5%减小至4.8%。此外，中国企业联想、中科曙光和浪潮依然占据全球超算制造商前三位。

　　中美两国在超算领域你追我赶的态势已持续数年。中国的“神威·太湖之光”曾多次夺得冠军，美国“顶点”在2018年6月首次登顶后已连续四次夺冠，但是比“神威·太湖之光”的运算速度优势并未进一步扩大。

　　全球超算格局虽然近来总体稳定，但未来可能因E级超算而变化。E级超算即百亿亿次超算，被公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”。从“顶点”的每秒近15亿亿次浮点运算速度到百亿亿次，这中间有相当大的发展空间，到E级超算实现时，可能会出现全新的榜单。

　　美国对此高度重视，在E级超算布局上追求“多重保险”，近期相继宣布建造“极光”“前沿”和“酋长岩”三台E级超算，交付时间预计为2021年至2023年。

　　中国也在部署E级超算领域的“三连发”。中国自主研发的E级超算“天河三号”原型机2018年7月以来已开放应用，“天河三号”有望于2020年研制成功。神威E级原型机和曙光E级原型机系统也已完成交付。

　　中国仍面临挑战

　　从上榜数量和性能上看，中国已跻身超算大国之列；但是如果把超算“拆”开来看，中国超算发展还面临诸多挑战。

　　首先，在计算机芯片研制方面美国公司仍占据绝对优势，排前两位的“顶点”和“山脊”均使用了国际商用机器（IBM）公司生产的Power9中央处理器。从市场占有率来看，英特尔公司仍是中央处理器领域的“霸主”，本期超算500强榜单中约94%都使用了英特尔“至强”或“至强融核”处理器。

　　“神威·太湖之光”因使用中国自主研发的“申威”芯片而备受瞩目，但更多中国企业建造的超算仍使用英特尔芯片，改变这种局面有很长的路要走。

　　其次，超算软件开发能力滞后限制了中国超算系统使用效率和应用水平。有业内人士认为，科学或工程上大规模研究使用的系统才能叫超算系统。美国许多超算系统直接部署在大学或国家实验室等机构。例如，今年6月首次上榜就排进前五的美国超算“弗龙特拉”被誉为全球最强大超级学术计算机，部署在得克萨斯大学奥斯汀分校，已被用于模拟中子星撞击和脑肿瘤研究等领域。

　　中国提交的一些超算系统曾被认为是互联网数据中心，应用面较狭窄。但是近来这种情况已有所改观，基于“神威·太湖之光”的两项应用“千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟”“非线性地震模拟”分别于2016年和2017年获得高性能计算应用领域全球最高奖项——戈登贝尔奖，展现了中国在高性能计算应用领域的强劲发展势头。

　　量子计算能否改变赛道

　　谷歌公司团队今年10月宣布成功演示“量子霸权”，称其开发的一个量子计算系统花费约200秒完成传统超算需要1万年才能完成的计算任务。这给传统超算领域带来不小冲击，有人担心量子计算或将开辟“新战场”，改变超算竞争赛道。

　　但IBM公司研究人员质疑谷歌宣称的结果，他们认为传统超算系统用2.5天就可高保真地完成同样任务，还可能更快。IBM团队认为，从实际应用角度，量子计算永远不会完全取代传统超算，两者各有所长，将协同工作。谷歌团队也承认，全面发挥量子计算的能力需要设计出具有容错能力的逻辑量子比特，还需多方面技术飞跃。

　　美国国家科学、工程和医学学院去年年底发布一份报告称，鉴于量子计算当前的状态和仍需应对的巨大挑战，10年内“极不可能”出现能够威胁“公钥加密”的量子计算机，而“公钥加密”是当今计算机安全和网络安全的重要基础。

　　谷歌首席执行官孙达尔·皮柴此前也表示，从演示“量子霸权”到量子计算商用至少需要10年。由此可见，在未来相当长时间内，传统高性能计算仍将是世界各国激烈竞争的热门领域。