从TOP500榜单看未来超算发展趋势

　我的超便携笔记本电脑中没有当今世界上功能最强大的超级计算机世界500强排行榜的最新版本。但是25年前的版本还在。这就是超级计算领域的发展速度--去年的领头羊就成了今年的落败者。

　　加百利咨询公司的首席分析丹。奥德表示“首台实现千万亿浮点计算能力的超级计算机（即每秒的浮点能力超过千万亿次）是安装在劳伦斯。利莫佛国家实验室的走鹃超级计算机，搭载的IBM BladeCenter系统。仅仅过了一年半的时间，这台世界排名第一的超级计算机就跌落到了第七的位置上”。

　　在过去的半年时间里，能进入超级计算机世界排行榜的门槛就从每秒24.7万亿次跃升至每秒31.1万亿次（即每秒万亿的计算能力）。六月份还排名305位的超级计算机如今已经完全跌出了500强之外。因此我们饶有兴趣的想看看，目前排名首位的超级计算机-中国天河-1号系统能领衔榜首的位置多长时间。

　　天河1号超级计算机位于中国天津的国家超级计算机中心，在超级计算机世界500强中起决定性作用的Linpack基准测试中，每秒的计算性能达到了2.57千万亿次。这台超级计算机拥有29376GB的内存，搭载的是Nvidia图形处理器单元和英特尔的至强5600系列处理器。

　　目前超级计算机的大势所趋就是互联架构的发展越来越快，越来越集中。举例来说，这台中国超级计算机的互联架构可以以InfiniBand互联架构两倍的速度处理数据。这是非常重要的，因为这款系统中集成了数千个芯片。速度更快的互联架构意味着数据可以以比其他系统更快的速度在系统中运转。

　　在超级计算机世界500强排行榜中位列次席的是Cray XT5“美洲虎”系统，这款超级计算机安装在美国能源部位于田纳西州的橡树岭国家实验室高级计算中心里。美洲虎超级计算机的计算能力达到了每秒1.75千万亿次。排名第三的就是另外一台中国研制的超级计算机-星云，目前安装在深圳的国家超级计算机中心。星云超级计算机的计算能力达到每秒1.27千万亿次。

　　亚洲的超级计算机以每秒1.19千万亿次的计算能力成为位列超级计算机世界500强排行榜第四的新军。这就是由东京技术研究院与惠普公司合作研制的公司首台千万亿次级集群系统-Tsubame 2.0。这台超级计算机可以运行气候和天气预报应用软件，海啸模拟和计算流体动力。NEC,微软，Nvidia，英特尔，Mellanox, Voltaire和DataDirect。Networks也在这个项目上进行了合作。

　　Tsubame 2.0超级计算机占地200平方英尺，耗能1.8兆瓦。这台超级计算机内置了1357个惠普ProLiant SL390s服务器，每台服务器配置了三个Nvidia Tesla M2050中央处理器和惠普模块化冷却系统。

　　惠普公司高性能计算事业部副总裁马克。汉密尔顿表示“我们将Infiniband互联架构直接安装在主板上，以此来降低成本并使其更具能效”。这种注重能效的趋势正在成为未来几年内超级计算机研发的主流和趋势。事实上，Top500.org目前也在半年一届的超级计算机世界500强榜单上着重强调了这一点。IBM公司研发的蓝色基因/Q系统以其每瓦计算1680M的高能效荣膺能效超级计算机冠军，这种能效也是第二名能效超级计算机的两倍以上之多。

　　IBM公司的深度计算副总裁戴维。布瑞克表示，实现这种高能效的目标是因此他们在整个系统中都以效率为重，并且卸载了硅晶片上的某些技术功能。他们移除了连线和卡，从而节约了占地空间并提高了效率。网络体系结构集成了各种网络技术，在系统内部作为一个整体提供专项功能。

　　布瑞克强调说，IBM公司已经着手制造10千万亿次和20千万亿次级超级计算机，计划在明年交付。不过布瑞克对超级计算机世界500强排行榜排名的机制-Linpack基准提出了质疑。

　　“Linpack基准实际上并不能告诉大家什么，我的用户没有一个是根据Linpack得分来购买系统的”布瑞克表示。

　　奥德也持同样的观点，他认为Linpack基准在帮助用户如何利用真实世界中的系统方面已经越来越缺乏实用性了。

　　“当他们使用的软件和执行的任务变得越来越复杂，系统不同部分所承担的压力也越来越大”奥德表示“Linpack基准测试的是系统执行线性运算的结果，而不是他们完成诸如流处理等任务的性能表现”。
　　布瑞克认为新上榜的超级计算机佳绩与图形处理器的提升不无关系。两台表现出众的中国系统和日本的Tsubame 2.0使用的都是Nvidia图形处理器来加快运算速度。在超级计算机世界500强排行榜上有17款系统使用了图形处理器，其中六款系统使用的是Cell处理器，10款系统使用的是Nvidia处理器，还有一款系统使用的是ATI Radeon处理器。

　　“Linpack基准数据体现的并不是完成实际工作任务的指标”布瑞克表示“图形处理器会在内存和处理之前制造瓶颈，因此它需要完成大量工作来维持这些系统的平衡和生产能力”。

　　另外，图形处理器系统需要自定义编程，因此会催生自行编写代码的市场。

　　布瑞克表示“这事关图形处理器的效用，也说明了进行此类研发的商用软件代码的匮乏”。

　　不过惠普公司也强调了图形处理器所带来的每瓦的性能。汉密尔顿表示惠普使用了最新的PCI和网络技术来解决这些瓶颈问题。

　　“在超级计算机世界500强排行榜前十位的超级计算机中有四款系统使用的是Nvidia图形处理器，AMD和英特尔公司要在加大这方面的动作”汉密尔顿表示。

　　有趣的是，惠普公司提到了榜单上排名第117位的系统-Georgia Tech公司的Keeneland System，这台系统由120台惠普ProLiant SL390s服务器和360个Nvidia Tesla M2070加速器构成，可以实现每秒64万亿的浮点计算能力。

　　“这款来自Nvidia的最新产品可以为每个芯片提供64GB的内存”汉密尔顿表示。

　　来自超级计算机世界500强排行榜把榜单的其他亮点：

　　* 排名第五的是Hopper，一台安装在美国能源部位于加利福尼亚州的国家能源研究科学计算中心的Cray XE6超级计算机，每秒的浮点计算能力为1.05千万亿次。

　　* 超级计算机世界500强排行榜上排行前十位的超级计算机中七台都达到或者超过了每秒1千万亿次的计算能力，其中的五款超级计算机是首次进入前十名的新军。

　　* 排名前十位的超级计算机中有五款位于美国；另外的五台分别位于中国，日本，法国和德国

　　* 美国的超级计算机占据了超级计算机世界500强排行榜中的275强；欧洲市场有124款超级计算机入围，亚洲有84款超级计算机入围。

　　* 中国目前有42款系统入围超级计算机世界500强排行榜。

　　* 惠普公司在系统数量上依然领先于Cray公司，两家公司都紧随IBM之后

　　* 入围的超级计算机中有365款（占到73%）搭载的是四核处理器，有95款系统（占到19%）已经在使用六核或者更多核心的处理器。