2022年天河 .pdf

“天河”超级计算机再夺第一，成绩值得肯定“天河二号”性能远超上一代“天河一号”，峰值运算速度世界第一相比于“天河二号”每秒 33.86 千万亿次的浮点运算速度，之前的全球最快超级计算机 美国能源部下属橡树岭国家实验室的“泰坦”(Titan)的运算速度只有17.59 千万亿次。“天河二号”的速度比第二名快近一倍，而且据说还没把实力完全展示出来，时隔两年继“天河一号”后再夺“世界第一”的名号。再看一些具体参数，“天河二号”采用了累计32,000 颗因特尔12 核 Xeon E5 主处理器和48,000 个 Xeon Phi 协处理器，共312 万个计算核心。计算节点前端处理器为4096 颗中国国防科技大学研发的FT-1500 型 16 核心 SPARC V9 架构的处理器。处理器规模比起上一代的“天河一号”高出了一个数量级。此外，“天河二号”较之“天河一号”，效率也有大幅提升，和国外先进超级计算机的差距也有显著缩小。详细 超级计算机就是考验“堆芯片”的能力，中国的这种能力已经步入世界第一梯队这里有必要澄清一个误解，在不少人看来，超级计算机就是“堆芯片”，堆的数量级越大，计算速度也就越快。甚至在2010 年超级计算机（SC2010）会议上，还有超级计算机供应商的高管开玩笑说：“将 100,000 台 Android 智能手机连起来，就能创造最快的计算速度。”这样的说法虽有一定道理 理论上，在单个CPU 性能相当的情况下，超级计算机采用越多的 CPU，其运算速度越快。但实际情况并不是1+1=2，集群结构的超级计算机基于网络进行分布式计算，如果分布不合理，每个 CPU 的效能就不会充分发挥出来。打个比方，这就类似一个人领导50 个人和 5000 个人的区别，如果不能合理管理，可能后者每个人的工作效率会远低于前者。研制一款超级计算机，其架构设计 即网络系统和软件系统，如何让所安装的上万枚 CPU 的性能尽可能发挥出来，也是十分核心的技术。以“天河二号”为例，在使用了比起“泰坦”多出一个数量级的CPU 的情况下，核心越多，系统会越复杂，相互之间的协作就会越困难，瓶颈也会越多。总结起来，“天河二号”在 CPU 核心达到百万数量级的情况下，还可以达到国外先进超级计算机的水平。这就说明我国超级计算机的核心技术已迈入世界领先行列。在超级计算机的架构技术上，中国已经和美日同处于第一梯队。详细 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -02但在超级计算机领域，中国仍比美国有不小差距整体上看，美国仍然是世界上拥有500 强超级计算机最多的国家，总数超过其它各国之和虽然“天河二号”成功突围，但在整体实力上，中国较超级计算机第一大国美国还有不小的差距。在数量上看，美国拥有全球500 强超级计算机中的253 个，总数较其它国家和地区的总和还要多，显示出明显的优势。中国大陆共有65 个超级计算机进入500 强榜单，位居第二。日本以30 个位列第三。英国、法国和德国分别以29 个、23 个和 19 个位列第四至第六位。此外，即便非“美国产”的超级计算机也几乎都是使用“美国”芯片前面已经提到，超级计算机其实主要考验的就是“堆”的技术，没有领先的架构设计，不能让数以百万计的芯片高效并行，即便有好芯片也不能做出超级计算机。不过这并不是说芯片不重要，其实芯片和并行架构设计一样，同样是超级计算机不可缺少的技术核心。只不过现今世界上几乎所有超级计算机使用的芯片都被因特尔（Intel）、AMD 和 IBM 三家公司所垄断。而除了日本和韩国外，其它国家的芯片技术实在与美国有很大差距。正是由于使用的“基础元素”几乎都来自这几家美国企业，大家也就都站在了“同一起跑线”，比较的重点才放到了架构设计上。详细 超级计算机就是考验“堆芯片”的能力，中国的这种能力已经步入世界第一梯队这里有必要澄清一个误解，在不少人看来，超级计算机就是“堆芯片”，堆的数量级越大，计算速度也就越快。甚至在2010 年超级计算机（SC2010）会议上，还有超级计算机供应商的高管开玩笑说：“将 100,000 台 Android 智能手机连起来，就能创造最快的计算速度。”这样的说法虽有一定道理 理论上，在单个CPU 性能相当的情况下，超级计算机采用越多的 CPU，其运算速度越快。但实际情况并不是1+1=2，集群结构的超级计算机基于网络进行分布式计算，如果分布不合理，每个 CPU 的效能就不会充分发挥出来。打个比方，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -这就类似一个人领导50 个人和 5000 个人的区别，如果不能合理管理，可能后者每个人的工作效率会远低于前者。研制一款超级计算机，其架构设计 即网络系统和软件系统，如何让所安装的上万枚 CPU 的性能尽可能发挥出来，也是十分核心的技术。以“天河二号”为例，在使用了比起“泰坦”多出一个数量级的CPU 的情况下，核心越多，系统会越复杂，相互之间的协作就会越困难，瓶颈也会越多。总结起来，“天河二号”在 CPU 核心达到百万数量级的情况下，还可以达到国外先进超级计算机的水平。这就说明我国超级计算机的核心技术已迈入世界领先行列。在超级计算机的架构技术上，中国已经和美日同处于第一梯队。详细 02但在超级计算机领域，中国仍比美国有不小差距整体上看，美国仍然是世界上拥有500 强超级计算机最多的国家，总数超过其它各国之和虽然“天河二号”成功突围，但在整体实力上，中国较超级计算机第一大国美国还有不小的差距。在数量上看，美国拥有全球500 强超级计算机中的253 个，总数较其它国家和地区的总和还要多，显示出明显的优势。中国大陆共有65 个超级计算机进入500 强榜单，位居第二。日本以30 个位列第三。英国、法国和德国分别以29 个、23 个和 19 个位列第四至第六位。此外，即便非“美国产”的超级计算机也几乎都是使用“美国”芯片前面已经提到，超级计算机其实主要考验的就是“堆”的技术，没有领先的架构设计，不能让数以百万计的芯片高效并行，即便有好芯片也不能做出超级计算机。不过这并不是说芯片不重要，其实芯片和并行架构设计一样，同样是超级计算机不可缺少的技术核心。只不过现今世界上几乎所有超级计算机使用的芯片都被因特尔（Intel）、AMD 和 IBM 三家公司所垄断。而除了日本和韩国外，其它国家的芯片技术实在与美国有很大差距。正是由于使用的“基础元素”几乎都来自这几家美国企业，大家也就都站在了“同一起跑线”，比较的重点才放到了架构设计上。详细 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -“天河二号”也是同样，其使用芯片95%来自美国英特尔公司，仅5%为“国产”“天河二号”采用了 32,000 颗因特尔12 核 Xeon E5 主处理器和48,000 个 Xeon Phi 协处理器，共312 万个计算核心。而使用中国国产的FT-1500 型 16 核芯片只有4000 多颗，总数仅为全部处理器数量的5%。当然，中国也有纯国产的处理器，但国产处理器在速度和稳定性上都存在差距。如果全部以国产芯片作为核心，“天河二号”所需的芯片数就会更多，制造难度也会更大。所有芯片和技术纯“国产”的“神威蓝光”超级计算机在效能和速度上相比国际先进水平就要差几个档次，甚至不属于超级计算机的第一梯队。不过，芯片“本地化”不足并不是大问题，中国超级计算机使用“美国芯片”其实也无伤大雅。“天河二号”是中国科研界和美国因特尔公司的双赢产品。“天河二号”是对英特尔一个新产品系列的巨大认可。而在和因特尔公司符合国际商业规则的合作中，中国也收获了世界最快的超级计算机。详细 03“天河二号”和其它中国超级计算机的硬伤在于实用性“天河二号”在绝对速度榜遥遥领先，但在考量实用性为主的另一榜单却未进前5 天河二号问鼎Top500 榜单，是Linpack 基准测试下的世界最快超级计算机。但超级计算机基准测试并非Linpack 一种。德国举行的2013 世界超算大会除了公布Top500 榜单外，还公布了 Graph 500 榜单，而天河二号未能进入Graph500 榜单的五强。Graph500 是利用图论模拟超算在分析数据密集型应用时的性能，而Top500 跟踪的是超算的浮点运算能力。简单来说，Top500 侧重于绝对速度的排名，而Graph500 则更侧重于实际应用，代表着超级计算机对大数据的吞吐和处理能力。日本文部科学省的科学家也认为中国“更加重视最高速度”。与计算速度本身相比，在以易用性和耗电量等指标评价超级计算机的性能时，中国超级计算机的存在感仍然淡薄。详细 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -中国超级计算机在民用和商用领域的使用也远落后于美欧日等发达国家如果在 Top500 榜中查看国家类别统计，会注意到中国的超级计算机主要用户是ISP（互联网服务提供商Internet Service Provider），而美国的情况截然不同，它的超级计算机用户分布非常广泛，有能源，汽车，ISP，地理科学，核武器研究实验室等等。其实，用户的分布单一、民用化和商业化不足正是“天河”系列和整个中国的超级计算机行业都存在的问题。而在欧美，超级计算机的应用则要丰富的多，以下几个是欧美超级计算机在应用领域的“明星案例”：IBM 的超级计算机“沃森”曾经参加了知识问答节目并战胜人类，它还被送入大学深造以磨练“学习能力”，被花旗银行和医疗机构“雇佣”帮助金融决策和诊断。IBM 的“蓝色基因”超级计算机在欧盟十亿欧元的巨资资助下正在尝试复制人类意识。而就在今年4 月，美国印第安纳大学日前获得了世界上第一台千万亿次级别“大学专用资源”超级计算机，首次将该级别超级计算机运用于民用领域，帮助学生和工作人员研究各个学科。详细 在渴望“更划算”的使用超计算机的商用领域，中国超算还有长路要走除了 Top500 和 Graph500，在超算领域还有一个评价效能的榜单的Green500，这个榜单更关注单位能量下的运算能力，目的是看看哪些超级计算机“最划算”。而在这个榜单上，“天河”并未入榜。“天河”耗资上亿美元，耗电量相当于5 所高校总和，落户要先由当地供电局做出“后勤”保障。“天河”这种“高速却不划算”的超级计算机其实并不符合如今超级计算机的发展趋势，“现代超级计算机不再仅仅只专注于性能，为了保持商业活力，它们必须注重能效”，IBM 深度计算（Deep Computing）的副总裁大卫 塔瑞克（David Turek）曾这样说道。在划算的使用超级计算机方面，Google 和亚马逊就是范本：Google 迷们津津乐道的一件事，就是Google 在发展初期曾经大量收购旧电脑，把它们连接在一起提供搜索服务，而不是像别的网站那样采购昂贵的大型服务器。这种战略在Google 的高效集群管理手段的控制下很有效，一直到现在，Google 依然采用大量便宜的小型个人电脑级别的服务器来提供服务。而另一家科技巨头亚马逊则通过建立虚拟超级计算机，不但解决了用户的大型计算问题，还可以节省巨额投资和漫长的等待时间。他们通过高效整合亚马逊在全球某一时刻闲置的服务器，便可以建造出一个可以弹性使用，费用很低的超级计算机，而这台计算机也可以位列Top500 强榜单。超级计算机领域的顶尖学者，美国田纳西大学教授杰克 唐加拉(Jack Dongarra)也认为：“很多企业和机构无需建造自己的超级计算机，亚马逊和谷歌的服务都是不错的选择。”详细 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -04实用主义缺位是中国学术领域通病把“超级计算机世界第一”当做“强国必备”荣耀的想法已经过时2010 年 12 月美国空军做了一件以中国传统观念来看很丢人的事情：当时，美国空军研究实验室研制出一台号称美国国防部速度最快的超级计算机-“秃鹰群”。这台超级计算机的运算性能可达每秒500 万亿次浮点运算，它也是当时世界上第33 快的超级计算机。不过这台超级计算机是由1760 台索尼 PS3游戏机组成，而基于 PS3 游戏机的超级计算机不但成本极低，另一个优点就是它的能效，它所消耗的能量仅仅相当于类似超级计算机的10%。美国空军用1760 台 PS3“攒出”的超级计算机。美国空军如此寒酸的制造一台超级计算机的逻辑正是基于“实用主义”。超级计算机在今天其实早就不是代表大国崛起，提振民族自豪感的东西了。而是实实在在的工具。而对于工具，实用、高效和划算这些才是最重要的特质。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -其实，在日本的“京”号超级计算机之前夺得世界第一时，日本国内也有很多人反思，当时日本政府专门管理除去多余支出的大臣便质疑过负责超级计算机的科学家们：“当第二名怎么了？”详细 何止超级计算机领域，中国的学术和科研圈子都缺乏美军这种实用主义其实整个中国学术圈都是这样，专利多，专家多，仪器多，但有意义的成果不多。根据国际经合组织（OECD）数据显示，2009 年中国在研发领域的投入为1257 亿美元，仅次于美国的3112 亿美元。但相较于世界第二的投入，中国科学家在自然和科学周刊等顶级期刊上发表的论文仍远远落后于西方。据经合组织收集的数据，2009 年中国共发表28.5 万篇论文，相当于每1000 人发表0.2 篇论文。但这些论文中只有0.05%发表在顶级期刊上。在社会科学领域也是同样，2013 年研究人员邀请全球6603 个智库与 6500 各界精英进行提名投票，再经由研究人员修正，最终选出了全球智库中的优秀者。评选标准包括智库专家们的学术声誉、产出质量、研究分析是否能付诸实践、会否为决策者提供新的思维角度等等。研究人员最终得出的结论是，在人数上，中国专家处于领先位置。但是中国专家们的研究贡献与其他智库相比却十分惨淡。全球评选的前150 个智库中，中国仅有6 个入选。而无论在自然还是社科领域，美国都是遥遥领先。中国这些追求数量和规模第一的研究，其实真正缺乏的，正是“实用主义”。详细 结语超级计算机勇夺速度第一固然可喜可贺，但其实当第二第三也没什么不好。关键是，这些超级计算机能不能像谷歌，亚马逊和皮克斯动画这些公司所使用的超级计算机那样，实实在在的为世人的生活带来改变。闻立场你怎么看“中国超级计算机登上世界之巅”名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -将投票分享到:微博专题评价：分享到：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -