美國首台E級超算為何登頂全球？中國E級超算已運行一年多，不參加國際排名了
【文/觀察者網 呂棟】
當地時間5月30日，國際超算組織“TOP500”發佈的榜單顯示，美國最新推出的E級（每秒浮點運算百億億次）超算“Frontier”成功登頂全球，連續兩年“霸榜”的日本超算“富嶽”排名落到第二，芬蘭新部署的超算“LUMI”擠進前三，成為歐洲超算領域的代表。
本次榜單中，以往連續多年登頂榜單的中國超算並沒有出現在前五名中。由於歐美新型超算的出現，上屆排名第四的“神威·太湖之光”這次被擠到第六，國家超算廣州中心的“天河二A”由上次的第七降到第九。從榜單數據來看，中國超算已明顯落後於美日歐的頂級超算。
然而有意思的是，就在本次榜單發佈不久前，英媒《金融時報》曾以《美國急於在超算競賽中趕上中國》為題發佈報道稱，中國已在美國之前實現E級超算，首台E級超算已經運行一年多，只是沒有參加排名，“中國企業現在更關注國內競爭，而不是國際對手在做什麼”。
美國首台E級超算“Frontier” 圖源：wccftech
美國首台E級超算露面
全球超算500強榜單由“TOP500”的美國和德國超算專家聯合編制，每半年發佈一次。
2022年上半年的榜單顯示，排名第一的是美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的超算“Frontier”。該超算基於最新的HPE Cray EX235a架構，配備AMD EPYC（霄龍）64C 2GHz處理器，擁有約873萬個核心，並依靠千兆以太網進行數據傳輸。
根據Linpack基準測試，“Frontier”實測性能 （Rmax）達到1.102 Exaflop/s（每秒110.2億億次）。
“TOP500”在新聞稿中評論稱，Frontier成功突破了1Exaflop的障礙。這使得該超算不僅成為有史以來最強大的超算，也是第一台真正具有百億億次浮點運算能力的機器。
值得注意的是，Frontier在提供驚人算力的同時，能效也十分出色。“TOP500”指出，Frontier的能效達到52.23 Gigaflops/W，在“GREEN500”榜單上位居第二，僅次於美國的Frontier TDS系統，這體現出提高能源效率正在成為高性能計算設施的重中之重。
“TOP500”網站截圖
本次榜單排名第二的是日本超算“富嶽”，它曾在之前四次排名中位列第一，擁有約763萬個核心，也是世界上第一台基於ARM架構處理器的超算。數據顯示，“富嶽”的Linpack基準測試的實測性能為442 PFlop/s（每秒44.2億億次），不到“Frontier”的一半。
在富嶽被Frontier超越後，《日經亞洲評論》5月30日報道指出，日本面臨的問題是如何制定“後富嶽”時代的戰略，開發大型超算需要近8億美元預算，而日本的公共財政狀況正不斷惡化。在全球超算競賽中，日本正努力跟上領先者的步伐。
榜單第三名由芬蘭的新來者“LUMI”佔據。該超算與Frontier一樣，使用的是AMD第三代EPYC處理器，擁有約111萬個核心。根據Linpack基準測試，這台隸屬於歐洲高性能計算聯合事業部的超算，性能為151.9 Pflop/s（每秒15.19億億次），略高於排名第四的美國超算“Summit”。
前十名中，還有一位來自法國的新來者“GENCI-CINES”。該超算Linpack基準測試性能為46.1 Pflop/s（每秒4.61億億次），排名第十，同時是歐洲排名第二的超算，僅次於LUMI。
榜單四到九名，都是以往長時間排名靠前的超算。
例如，第四、第五分別為美國超算“Summit”和“Sierra”，第六是中國超算“神威·太湖之光”，第七、第八是美國超算“Perlmutter”和“Selene”，第九是中國超算“天河二A”。
其中，“神威·太湖之光”部署在國家超算無錫中心，採用的是申威SW26010 260C處理器，擁有約1065萬個核心，Linpack基準測試的實測性能為93.01 PFlop/s（每秒9.30億億次），運行的操作系統是Sunway RaiseOS 2.0.5，2016年部署以來曾連續四次登頂全球。
“天河二A”目前部署在國家超算廣州中心，採用的是英特爾Intel Xeon E5-2692v2 12C處理器（也是本次榜單前十名中唯一採用英特爾處理器的超算），擁有約498萬個核心，Linpack基準測試的實測性能為61.44 PFlop/s（每秒6.14億億次），運行的是麒麟操作系統（Kylin Linux）。
在“神威·太湖之光”之前，“天河二號”曾連續六次位居全球超算榜單第一。
中國超算“神威·太湖之光”（資料圖）
超算是專門用來解決計算規模超級大、數據量超大、超複雜的科學、工程和產業問題的計算機，一直是大國爭奪的科技制高點，它可以被用於高度複雜系統的模擬，例如氣候模型和核爆炸影響的預測，還可以被用於汽車、材料、製藥等諸多行業。
英國專家甚至表示，在破解加密等機密領域的使用，也可能使超算成為國家安全方面的關鍵工具。
今年3月初，中山大學國家超算廣州中心主任盧宇彤在接受國內媒體採訪時表示，中國超算之所以能在短短30年內實現跨越式發展，首先是巨大需求的推動。進入21世紀，無論是前沿科學研究、重大工程建設、還是產業技術創新，都對超級計算有着巨大需求。更重要的是，中國超算研究團隊在同等時間內付出更多努力，取得更多技術創新。
然而，在“神威·太湖之光”等超算連續霸榜多年後，中國超算近兩年在“TOP500”榜單中表現並不顯眼。尤其是隨着美國首台E級超算的亮相，更顯得中國超算已經“掉隊”。但這是否真的意味着中國這個超算大國已在全球競爭中落後？
外媒稱中國E級超算沒有參加排名
美國首台E級超算亮相，其實早已在業內預料之中。
5月18日，英國《金融時報》就曾發佈報道稱，美國正在組裝測試E級超算，意味着該國即將進入超算新時代，計算性能實現十年一次的飛躍，這將對氣候變化研究和核武器試驗等多個領域產生重大影響。
但該報道話鋒一轉又表示，通常由這些突破引發的全國性“自豪”可能會被壓制，因為中國已經率先實現了E級超算，並且在建設新一代超算的道路上走的很好，目前處在領先地位。
英國《金融時報》報道截圖
亞洲技術信息項目（Asian Technology Information Program）主任大衞·卡哈納最近發佈的報告顯示，中國首台E級超算已經運行一年多，第二台E級超算也已開始運行。但這些超算都沒有參與全球超算排名，也沒有正式亮相。前述英媒稱，卡哈納的研究被廣泛認為是最權威的。
中國E級超算並沒有正式公佈，外界是怎麼知道的？《金融時報》報道稱，2021年底，使用中國E級超算進行的科學研究獲得了戈登·貝爾獎（國際高性能計算應用領域最高學術獎項，設立於1987年），其中一篇論文在國際超算競賽中獲得最高榮譽，這證實了中國E級超算的存在。
實際上在半年前“TOP500”上一次榜單發佈時，美國科技媒體“The Next Platform”就曾發文稱，中國正在運行兩台E級超算，分別是“神威·海洋之光”（Sunway Oceanlite）和天河三號（Tianhe-3）。
根據該報道，“神威·海洋之光”是“神威·太湖之光”的繼承者，採用擁有4200萬個核心的處理器。在Linpack基準測試中，其實測性能達到每秒130億億次。如果這一數據屬實，“神威·海洋之光”的實測性能，要高於本次榜單第一的美國超算“Frontier”。
中國其實早就在E級超算領域展開佈局。2020年1月，國內就有官方媒體報道稱，神威E級原型機、“天河三號”E級原型機和曙光E級原型機等三個不同技術路線的原型機系統已全部完成交付。
美國超級計算專家傑克·唐加拉（Jack Dongarra）表示，中國的超級計算項目可以追溯到20多年前，它的發展導致該領域出現一種“令人震驚的局面”，中國現在領導着世界，“我認為，他們能夠在很短的時間內建立一個基於他們自己技術的系統，這令人印象深刻”。
在本次“TOP500”榜單中，中國共上榜173台超算，佔據榜單總數的34.6%，與上期持平，是上榜超算數量最多的國家。而美國從上期的149台上榜超算降到本期的127台，佔比為25.4%。換句話説，中美兩國的超算佔據了“TOP500”的60%，排在第三的日本佔比為6.8%。
“TOP500”超算國家和地區分佈
觀察者網注意到，如果以供應商來排名，中國企業同樣佔據着主要地位。在本次“TOP500”供應商榜單中，聯想以提供160台超算排名第一，浪潮提供了50台超算，曙光提供了36台超算，華為提供了7台超算。這四家企業提供的超算佔據了全球超算500強榜單的51%。
“TOP500”超算供應商份額
在全球超算競爭中，美國曾不斷以政治手段對中國超算發展加以阻撓。2019年，美國曾對中國5家與超算相關的實體進行出口管制，一年後又將7家中國相關實體列入“實體清單”。《金融時報》稱，美國第二波制裁是在中國首台E級超算開始運行後的一個月內實施的。
亞洲技術信息項目主任卡哈納稱，雖然美國正在開發三台E級超算，但中國的計劃更多。他在一份研究中稱，中國企業現在更關注國內競爭，而不是國際競爭對手的所作所為。卡哈納甚至建議，隨着全球競爭加劇，美國應該考慮放鬆對華制裁以“深入瞭解”中國超算的發展。
但需要指出的是，儘管外媒宣稱中國超算技術領先世界，但如果以每台超算的平均算力來看的話，中國超算的整體實力似乎仍遜於日美。
根據本次“TOP500”榜單，中國以173台超算實現了5.3億GFlops的實測性能（Rmax），而美國以127台超算實現了20.8億GFlops的實測性能，日本更是僅憑34台超算就實現了6.3億GFlops的實測性能。在供應商方面，聯想以160台超算提供了4.47億GFlops的實測性能，而美國慧與科技（HPE）以96台超算提供了19.29億GFlops的實測性能。
“TOP500”超算供應商提供的算力份額
當然，這其中可能存在如外媒所説的中國E級超算沒有參加排名的影響。
今年3月初，中山大學國家超算廣州中心主任盧宇彤在接受國內媒體採訪時評論稱，目前美國仍是超算領域最具競爭力的國家，日本超算系統研製和應用的水平比較高而且有特色，歐洲雖然在超算系統研製方面投入比較少，但他們的超算應用能力比較強。中國近年來超算系統和應用都取得了快速的發展，進入世界領先行列，世界超算領域各國交替領先的態勢仍將持續較長時間。
她同時透露，基於自主技術的新一代E級計算系統研製方面，中國的進展比較順利。中國將運用E級超算，支撐超高分辨率氣候氣象預報、大規模航空航天數值風洞、地震地質研究和油氣能源勘探、生命科學與基因工程等一系列超大規模計算與模擬。在未來相當長時間內，超算仍將是唯一的高端計算平台，也是世界各國激烈競爭的重點領域。
附：2022年5月**“TOP500”超算榜單前十名**
全球500強超算國家分佈：
全球500強超算供應商：
