超級(jí)計(jì)算(Supercomputing)這一名詞在1929年首次出現(xiàn)在《紐約世界報(bào)》關(guān)于“IBM為哥倫比亞大學(xué)建造大型報(bào)表機(jī)(tabulator)”的報(bào)道中。超級(jí)計(jì)算機(jī)的定義是由數(shù)百個(gè)以上處理器組成的，能夠完成計(jì)算普通PC機(jī)和服務(wù)器不能完成的大型、復(fù)雜課題的計(jì)算機(jī)。以2017年生產(chǎn)的筆記本電腦或個(gè)人臺(tái)式機(jī)主流配置作參照，我國運(yùn)行速度最快的神威·太湖之光的運(yùn)算能力相當(dāng)于200多萬臺(tái)普通電腦。超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力由此可以見一斑。所以說，超級(jí)計(jì)算機(jī)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(gè)制高點(diǎn)。
一個(gè)國家的超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)力與其發(fā)展息息相關(guān)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了很多需求，如天氣預(yù)報(bào)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、航空航天等，需要具有更快處理數(shù)據(jù)能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)。當(dāng)某個(gè)國家擁有一臺(tái)世界排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)，意味著這個(gè)國家一切繁復(fù)的運(yùn)算、模擬將比其他國家更快、更準(zhǔn)確，相應(yīng)地最終設(shè)計(jì)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(qiáng)國都不遺余力得在此領(lǐng)域加大投入,不斷沖擊世界超級(jí)計(jì)算機(jī)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(duì)優(yōu)勢。不過最近十年來中國已經(jīng)成功實(shí)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(hào)和神威·太湖之光所奪得。目前我國計(jì)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(diǎn)運(yùn)算，也就是9.3億億次每秒）的極限性能，相當(dāng)于美國能源部下屬橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的Titan（18 PFLOP）超級(jí)計(jì)算機(jī)的5倍。直至今年的6月份，美國能源部下屬橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)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(jí)計(jì)算機(jī)的峰值運(yùn)算速度提高到每秒百億億次。全球超級(jí)計(jì)算機(jī)的競賽提前幾年進(jìn)入E級(jí)競賽階段，美國和中國領(lǐng)先。美國正在研究開發(fā)幾臺(tái)這樣的機(jī)器，每臺(tái)機(jī)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(dá)、IBM 以及英特爾等公司的合作幫助。美國的目標(biāo)是在2021年和2023年之間完成使至少一臺(tái)“百億億級(jí)”計(jì)算機(jī)。
按照中國的時(shí)間表，中國最早有望在2020年發(fā)布E級(jí)超算。目前中國同時(shí)啟動(dòng)了三大E級(jí)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(hào)”、中科曙光的E級(jí)超算，以及江南所和濟(jì)南超算中心的“神威”E級(jí)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(jí)計(jì)算機(jī)為龍頭開展研制，有望在2020年左右推出首臺(tái)國產(chǎn)百億億級(jí)次超級(jí)計(jì)算機(jī)。
“天河一號(hào)”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(jìn)行百億億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的研發(fā)，預(yù)計(jì)2020年研制成功。曙光的Torus技術(shù)可以說是為E級(jí)計(jì)算而生的。Torus網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)本身的密度高擴(kuò)展性好，橫向擴(kuò)展的成本增長呈直線型，更像是橫向擴(kuò)展的一個(gè)狀態(tài)，更適合在大規(guī)模節(jié)點(diǎn)的范圍中使用。
人工智能應(yīng)用的超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)該成為競爭焦點(diǎn)
橡樹嶺的研究小組說，Summit是第一臺(tái)既支持傳統(tǒng)計(jì)算也支持運(yùn)行人工智能應(yīng)用的超級(jí)計(jì)算機(jī)，比如機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等運(yùn)行都可以在其上實(shí)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(dá) 27648 個(gè) NVIDIA GPU 組合而成，目的在于解決目前機(jī)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(jì)算機(jī)就是為人工智能而生的。當(dāng)年的超級(jí)電腦“深藍(lán)”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(jí)計(jì)算機(jī)與AI結(jié)合的前景被業(yè)界普遍看好，確實(shí)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?，完全可以在AI應(yīng)用的超算競爭中，達(dá)成科技與商業(yè)的完美結(jié)合的大目標(biāo)。