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  国际TOP500组织14日在网站上公布了最新全球超级计算机500强排行榜,经过技术升级的中国“天河一号”雄居首位,运行速度为上届冠军美国“美洲豹”超级电脑的1.4倍。这被部分媒体解读为中国在重大科技领域实力开始能与美国PK的一个标志,《华尔街日报》上一篇题为《中国研制超级计算机令美国不安》更是让国人自豪不已。但实际上,“天河一号”登顶超级计算机排行榜一定程度上只是中国对计算机绝对速度保持绝对关注下的必然结果,在超级计算机的应用环节,中美差距仍相当巨大。况且,“天河一号”核心部件依然是来自美国厂商。
  “天河一号”核心部件来自美国  

尽管中国在超级计算机的研发上有了重大飞跃,但仍有一些领域亟待提高。目前中国研发的超级计算机采用部分国产CPU处理器,但仍以国外的CPU和GPU为主。“天河一号”的核心部件很大一部分来自美国的厂商。


天河一号
很多核心部件都还使用的是由美国公司制造的产品,包括英伟达(NVIDIA)和英特尔(Intel)的芯片。

部分CPU来自英特尔(Intel);GPU则来自英伟达(NVIDIA)

 

中国的专家们表示,天河系统的知识产权是中国自主开发和拥有的。但电脑中很多核心部件都还使用的是由美国公司制造的产品,包括7168个由美国英伟达公司生产的图像处理器GPU。另外我们注意到,与超级计算机竞赛中其它某些国家的做法不同,通过查阅Linpack的排名表可以发现,入围世界前500名的中国超级计算机一共有41部,其中有40部使用了英特尔的处理器,还有一部采用了AMD的处理器。另一边厢,我们的邻国日本富士通公司(FUJITSU)正在建造的一台超级计算机,则完全依靠日本自己的技术。

 

“天河一号”在2010年换上了部分采用了国防科技大学自主研制的“飞腾-1000”CPU芯片,但“天河一号”的CPU和GPU大部分都还采用美国的产品。虽然中国这几年也在加快对计算机芯片的研发,例如,中芯、龙芯等,然而中国主打的超级计算机无论是部分采用还是全部采用国外产品,都说明了中国生产的计算机核心部件还难以达到像美国一样,在超级计算机中独当一面的水准。

 

 

  “天河一号”只是理论上最快 

在评判超级系统运行速度的Linpack基准测试中通过测量短时间内进行真实科学计算的能力,来正式衡量世界最快超级计算机的运行速度,但通常最重要的指标是计算机维持这种计算性能的能力。《MIT技术评论》一篇文章认为,“天河一号”虽然势头很猛,在运行时的最快速度能达到每秒2570万亿次,这一速度并不具有长时间的稳定性。而采取CPU和GPU共用的技术,GPU的加速作用或难以实现,那么“天河一号”只是“技术上最快”的超级计算机,并且在实际操作中可用性不高。


天河一号
Linpack基准测试是通过测量短时间内进行真实科学计算的能力,来正式衡量世界最快超级计算机的运行速度。

每秒2570万亿次峰值速度难长时间保持 实用性大打折扣

 

超级计算机排名机构运用Linpack基准测试来衡量超级计算机的运算速度。在测试中,中国“天河一号”超级计算机在峰值运算时运算速度可以达到每秒2570万亿次。然而,Linpack基准测试是通过测量短时间内进行真实科学计算的能力,来正式衡量世界最快超级计算机的运行速度,但通常最重要的指标是计算机维持这种计算性能的能力。《MIT技术评论》中一篇文章指出,将“天河一号”认定为世界最快的Linpack基准测试还是无法准确表明它的实际应用性能。

 

天河一号采用的是异构即共同使用CPU和GPU,世界上的超级计算机还很少使用CPU加GPU的体系结构。GPU是图形处理器,扮演加速器的作用,它在加快了计算机的运行速度的同时也能降低功耗和成本。《MIT技术评论》同时指出,由于“天河一号”采用的是异构即共同使用CPU和GPU,GPU的瓶颈在于搭配的显存速度不够快,因此GPU在大部分时间总是无所事事。 美国国家超级计算应用中心主任托姆·邓宁表示,GPU速度和显存速度之间存在明显的不匹配情况,在GPU上达到峰值速度十分困难。在他看来,而与“天河一号”相比,美国的超级计算机则可以持续在一个很高水平的运算速度上运行整晚——有时甚至是几天。

 

GPU运算适用面较窄,速度峰值难在应用中体现

 

由于天河一号采用的是异构即共同使用CPU和GPU,而目前世界上大部分的超级计算机运用的是CPU,依赖GPU的系统就意味着大部分现有的超级计算机软件都必须全部重写,这是目前困扰西方工程师的一个编程难题。虽然如今商用GPU程序确实比2006年多了不少,但比起通用CPU组成的HPC程序,还是差得太多。由此可见,采用GPU的超级计算机很可能面临无法使用GPU运算的尴尬局面。正如上文提到,GPU在超级电脑中扮演的是加速器的作用,如果这个加速器用不上,那么所谓的"最快速度"也难以在实际运用中有所体现。

  美国计算机霸主地位短期内难被撼动

一些芯片技术专家表示,天河一号的榜首名次可能只是昙花一现,就像日本在2002年曾超越美国一样。世界500强超级计算机名单的编撰者杰克·邓格拉(Jack Dongarra)表示已经知道的目前已有五个计划或正在构建的超级计算机系统,其运算能力将会超越“天河一号”,这些还在建造的超级计算机大多数都集中在美国。如英伟达公司公关部经理亨伯说的那样:从数量和总体性能方面来看,美国依然是超级计算机领域里毫无争议的“老大”。


天河一号
2002年,日本“地球模拟器”超级计算机成功推出,并将长年来一直独占鳌头的美国挤下了“头把交椅”。
天河一号
美国橡树岭国家实验室正在建设的一个20千万亿次的超级计算机,该系统将在2012年建设完毕。
天河一号
排名前十的计算机中国两席,法德日各占一席,其余五席均是美国。中国天河一号排名第一,没有改变超级计算机基本上被欧美日发达国家控制的整体局面。

日本也曾昙花一现 被美国追回后难赶超

 

1999年,日本投入400亿日元(约合人民币25亿元),开始了名为“地球模拟器”的超级计算机的开发计划。2002年,日本“地球模拟器”超级计算机成功推出,并将长年来一直独占鳌头的美国挤下了“头把交椅”。但正是“地球模拟器”的横空出世触动了美国,美国政府随后开始加大了在超级计算机研发方面的投入,并在2004年重新占据“第一”,而且在前100名中一直占据大多数的席位。这种美国占据霸主地位的情况一延续了6年。

 

而自日本夺下超级计算机第一把交椅之后,利用超级计算机展开研发业务的日本企业虽然也经历了一个大发展,多达如今的180家,在诸如新药的研制和新车型的设计方面,超级计算机长袖善舞,大有用武之地。但由于日本近年的投入力度不够,再也没有后续的超级计算机问世,以至在最新的全球超级计算机排行榜上,曾名列榜首的那台超级计算机已下滑。日本自然也不甘心就此告别自己当时还未坐热的“头把交椅”。2006年日本政府综合科学技术会议依据科学技术基本计划,以理化研究所的下一代超级计算机开发实施总部为中心,开始了“通用京速计算机”项目的研发工作。但专业人士认为,在可预见的未来几年内,日本超级计算机的研制已难以赶超美国。

 

美国仍主导超级计算机研发局面 TOP500占据半壁江山

 

在此次世界五百强超级计算机中,“天河一号”位居首位,中国曙光公司研制的“星云”位居第三,中国共有五部超算系统跻身前一百,并至少有40部入围前五百名。而美国则在前十和前五百强中都占据了半壁江山。尽管排名前十的计算机中法德日各自都占有一席之地,但考虑到大部分国家超级计算机都在用美国芯片,这次中国“天河一号”的登顶并没有改变超级计算机研发基本上为美国所控制的整体局面。

 

美国这两年超级计算机的研发速度有所放缓,很大程度上是因为需要合理控制资金投入的缘故。但美国联邦政府依然拥有700多个国家实验室,共包括1500多处研究开发设施,每年的研究开发经费总额超过1000亿美元。在如此强大的研发支持下,要与美国这些超级电脑抗衡,对中国来说并非一件容易的事。

 

美国正在研制新一代超级计算机 速度将近“天河一号”10倍

 

目前,各国都在着手研发亿亿级超级计算机。正如美国著名计算机设计师史蒂夫·沃利奇表说:“世界不会停止脚步,中国的赶超只是暂时的情况”。尤其是美国,在失去“世界最快计算机拥有者”称号后,可能会加大超级计算机方面的研究,正如它2002年首次失去这一称号之后的做法。世界500强超级计算机名单的编撰者杰克·邓格拉(Jack Dongarra)表示已经知道的目前已有五个计划或正在构建的超级计算机系统,其运算能力将会超越“天河一号”,这些还在建造的超级计算机大多数都集中在美国。这些正在筹备的系统中,有评论表示,这些正在研发的超级计算机系统有一些所代表的不仅仅只是针对现有系统单纯的渐进式改善。

 

美国伊利诺伊大学的国家超级运算应用中心目前正在开发的一套名为“蓝水”的计算机系统。它使用IBM公司的Power 7多核处理器,每秒持续运算速度能达1000兆次,最高可达1万兆次。蓝水系统将会拥有很多与众不同之处。首先,它采用的是IBM最新的Power 7系列芯片。超快的内在网络连接速度可以使计算机所有的处理器核心相互联系,这一点对于发挥它的高性能必不可少。比起其他超级计算机中所使用的无限带宽连接技术,这种新型的互连方式明显拥有更高的带宽和更低的延迟时间。

 

另一个由IBM的Livermore国家实验室组建的“蓝色基因”系列,将在2011年制造出每秒运行2000兆次的超级电脑“红杉”(Sequoia)。有望在2011年晚些时候实现试运行,2012年投入生产。到2012年,“红杉”系统将进一步改善,速度或将更快。该系统一旦完工,其在很多科学和工程应用领域的表现甚至将会超越蓝水系统。

 

而美国橡树岭国家实验室正在建设的一个20千万亿次的超级计算机,该系统将在2012年建设完毕。美国橡树岭国家计算机科学研究中心专门从事世界最强系统的研究。不过有关该计算机的具体细节没有被公布。

 


 
  “天河一号”在世界超级计算机中排名第一,确实标志着中国在这个领域进入了世界的“第一集团”。不过中国超级计算机还仅仅用于科研、军事等少数几个领域,对工业研究、生产、经济增长带动力较弱,应用程度还远低于美国等发达国家。单凭一台理论上运算速度峰值的计算机还远不足以令美国陷入所谓的“不安”。但各国在超级计算机方面的激烈竞争确实有可能为美国带来一定压力和研发动力——那么赢家将会是全人类。

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编辑:董凌 视觉:陈子宇
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