機器之心報道
編輯：澤南、蛋醬
E 級超算，每秒鐘百億億次運算，1 後面跟 18 個零。
2018 年 6 月，美國能源部橡樹嶺國家實驗室的工程師們釋出了「Summit」超級計算機，超越神威 · 太湖之光成為了世界第一，它的理論峰值容量接近 200 petaflops——即每秒 20 萬萬億次浮點運算，使用 IBM Power9 處理器和英偉達 Tesla V100 加速卡。
不過兩年後，Summit 就被使用 Arm 架構的日本「富嶽」超過，目前排名第二。
今年 11 月最新版的超算 Top 500 榜單。
頂級超算疊代的速度如此之快，但仍然無法比拟人們的需求。在服役短短的四年時間内，橡樹嶺實驗室對超算服務的需求就已經超過了這台巨大機器的容量。
「Summit 算力會被超額認購四到五倍，」負責 ORNL 領先計算設施的 Justin Whitt, 說道。「這限制了使用它的進行研究項目的數量。」
現在，是時候讨論更快的超級計算機了。橡樹嶺國家實驗室的下一個計劃名叫 Frontier，完成後它将具有超過 1.5 exaflops 的峰值理論容量。
Frontier 的非凡之處并不在于它要比 Summit 強七倍以上——這個數字顯然是令人驚歎的。更值得注意的是，它做到這一點隻用了兩倍的功率。這仍然是一個很大的功率——Frontier 預計将消耗 29 兆瓦，足以為加利福尼亞州庫比蒂諾（蘋果公司所在地）大小的城鎮供電。但這是一個可控的數量。
「我們現在可以在很小的空間内塞進更多的計算機硬體，」Whitt 表示。「這些計算機機櫃每個都與全尺寸皮卡一樣重。」裡面裝滿了 ORNL 的規格表所描述的「由高性能計算和 AI 優化的 AMD EPYC 處理器與 Radeon Instinct GPU 加速器驅動的高密度計算闆卡，它們專為滿足百億億次計算的需求而建構。」
建造一台具有這種能力的超級計算機已經夠難了，新冠疫情也讓事情更加具有挑戰性。「供應鍊的問題其實很廣泛，」Whitt 表示，許多對建構高性能超級計算機來說并不特殊的東西存在短缺。「它可能隻是金屬闆或螺絲。」
供應鍊問題确實是 Frontier 将于 2022 年在另一台計劃中的超級計算機 Aurora 之前投入運作的原因，後者将安裝在伊利諾伊州的美國能源部阿貢國家實驗室（Argonne National Laboratory, ANL）。Aurora 是在 2018 年先上馬的，但它的建設被推遲了，因為英特爾很難提供這台機器所需的處理器和 GPU。
在團隊最初的規劃中，Frontier 這台巨型機器将在 2021 年底之前傳遞，并在 2022 年全面投入使用。是以，它可以被稱為世界上第一台百億億級超級計算機嗎？
那要看每個人的定義了：「（日本的富嶽超級計算機）實際上是在不同的基準實作了 2 exaflop 的混合精度計算，」田納西大學的 Jack Dongarra 說，他是 Top500 名單背後的專家成員之一。他解釋說，這些排名是基于涉及 64 位浮點計算的基準，此類計算多用于解決許多實體模拟所需的三維偏微分方程。「這是應用超級計算機的底線，」Dongarra 說。但他也指出，超級計算機越來越多地用于訓練深度神經網絡，在這方面 16 位精度就足夠了。
還有一個特殊的例子「Folding@Home」，這是一個旨在模拟蛋白質折疊的分布式計算項目。幾十萬名玩家捐出了自己的 GPU，通過衆源的方式，Folding@Home 超級計算機實作了超過 1 exaflop（每秒 1 百億億次浮點計算）的處理能力。
「我會稱它為專用計算機，」Dongarra 說，每個人都可以參與完成這項工作，因為涉及到大量并行的計算。也就是說，每一台計算機可以獨立執行所需的計算，它們之間幾乎不需要進行網絡通信。2020 年 3 月，Folding@Home 項目宣布：「我們已經跨越了 exaflop 的障礙！」
但如果堅持使用一般基準的話，也就是用于 Top500 排名的基準，世界上任何一台超級計算機都還沒有資格成為百億億級計算機。Frontier 可能是第一台，或者說，它有望成為第一台已知的百億億級超級計算機。Dongarra 解釋說，在 2021 年 6 月的 Top500 排名出爐之前，有傳言說中國至少有一台或兩台已經在百億億級運作的超級計算機。
Top 500 超算榜單半年更新一次，直到 11 月的榜單出爐，前幾名沒有新超算揭幕。Frontier 會不會被中國的超算截胡呢？
2020 年 1 月 2 日，《科學》雜志刊文展望了 2020 年可能成為頭條的十大科學新聞，其中包括中國或建造全球首台 E 級超算。據公開報道，「天河 3 号」E 級超算驗證機進展順利。
今年 7 月，由國防科技大學研制，部署在國家超級計算天津中心的「天河」E 級計算機關鍵技術驗證系統在國際 Graph500 排名中，獲得 SSSP Graph500（單源最短路徑）榜單世界第一和 BIG Data Green Graph500（大資料圖計算能效）榜單世界第一的成績。圖計算在大資料和人工智能領域應用廣泛，相比于 Top 500，Graph500 榜單更偏向與應用。
今年 12 月 12 日，天津中心和國防科技大學，聯合數十家合作團隊共同釋出了「面向新一代國産 E 級超級計算系統的十大應用挑戰」。
據介紹，新一代百億億次（E 級）高性能計算機的研發，是國家在新一代資訊技術領域的重要部署，其自主化程度遠高于其他超算平台，同時規模與性能也會大幅提升。
或許在明年，懸念就将揭曉。
參考内容：
https://spectrum.ieee.org/exascale-supercomputing
https://www.top500.org/lists/top500/2021/11/
https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_13434752
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