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【PConline 资讯】如果说超级计算机领域的2010年是中国年，2011年是日本年，那么2012无疑是美国年了，这一年中，美国的IBM以及Cray两次刷新超级电脑的最快运算记录，现今最快的超级电脑Titan，每秒能够进行17.59千万亿次浮点计算，如果全世界67亿人用手持计算器，夜以继日的工作345年，Titan只需一小时，另外在2012年，超算的CPU以及GPU也呈现出新的态势，接下来就来一一回顾。
此外除了美国的两台超级计算机刷新运行速率记录之外，在2012年最多的消息就是中美日的10万万亿次超级计算机研制计划，中国的天河、日本的K Computer以及美国的Titan都有3年内实现10万万亿次计算能力的消息传出。 TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜，从1993年起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构，国际TOP500组织以计算机实测速度(Linpack测试值)为基准，每年两次发布世界上最快的500台超级计算机排名。2012年6月以及11月份公布了第39期以及40期排行榜。
在最近几年的TOP500中，排名前十的都为美国日本中国的超级计算机，欧盟以及俄罗斯的超级计算机排名并不理想。 因此在2012年，欧盟以及俄罗斯的也有着各自的超级计算机研制计划，例如在2012年年初，俄罗斯莫斯科大学联合T-Platforms计划建造10pflops超级计算机，力图在全球超级计算机TOP500中名列前茅，要知道目前俄罗斯最快的超级计算机Lomonosov在TOP500中排名只在20名开外。
又如西班牙巴塞罗那超级计算中心(BSC)的项目代号“Mont-Blanc Project”，将使用ARM Cortex-A15架构打造，据悉ARM计划在2017年实现20万万亿次的计算性能。这也是ARM第一次尝试高性能计算领域，此前超级计算机所用处理器多数为英特尔AMD以及IBM Power处理器。>> 超级计算机学会说脏话 人工智能有多远? 龙芯2013年实现32nm 将统一国产CPU架构? 超级计算机用什么GPU 英特尔NV还是AMD 中日美超级计算机竞赛 CPU+GPU承载未来 如果您有什么服务器问题，请点击以下链接，进入PConline产品论坛讨论： 首先我们来回顾一下2012年的两期TOP500榜单，了解一下2012年的两期TOP500中首位的超级计算机，IBM Sequoia和Cray Titan。
2012年6月份，全球超级计算机500强公布，IBM时隔四年后再次回到超算榜首，IBM Sequoia（红杉）超级计算机以16.32PFLOPS的浮点峰值计算能力，击败日本K Computer的10.51PFLOPS的前世界第一记录。并且这份第39期全球超算TOP500排名中，IBM在前五中占据三席，前十中占据五席，日本K Computer目前位列第二，而中国天河一号A型则是跌落到了第5的位置。 早在2011年9月，IBM公布的一项600多页的专利文件显示，IBM正在建设计算首个超过10万万亿次浮点计算的超级计算机，其计算能力大约是当时排名第一的“京”（K Computer）的12倍。
此次IBM计划建设的超级计算机BlueGene/Q Sequoia，其峰值性能可达到20PFLOPS，而其升级版将是首个超过10万万亿次浮点计算的超级计算机，达到107PFLOPS，是目前世界最快K Computer的12倍。
按照计划，20 PFLOP/s的Sequoia将采用约160万个A2处理核芯，由96个机架构成，到2012年6月份统计，Sequoia的核芯数已经达到了1572864个，峰值计算性能也达到了16.32PFLOPS，超过日本K Computer的10.51PFLOPS。功率仅为7890kW，为日本K Computer的一半多点，K Computer的功率为12659.89kW。>> 而在2012年11月份，第40期全球超算TOP500排名中，超级计算机Titan（泰坦）以17.59PFLOPS的峰值浮点计算能力击败此前IBM Sequoia（红杉）超级计算机，成为全球最快的超级计算机。
在这份榜单中，除了第一的Titan，第5的JUQEEN以及第7的Stampede未曾入围前十外，其他都在39期的前十名单中。Stampede的制造者戴尔还是首次入围前十。 在2011年10月，有消息称美国将联合AMD、英伟达研制最新超级计算机Titan(泰坦)，美国能源部下属的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的Titan(泰坦)超级计算机研制计划：其主要运算设备将采用NVIDIA提供的Tesla芯片，新型超级计算机泰坦将由AMD提供CPU(中央处理器)，NVIDIA将负责提供GPU(图形处理器)。
NVIDIA的Tesla芯片业务部门CTO史蒂夫·斯科特(Steve Scott)表示，“泰坦”将有18000个节点，每个节点将采用一个AMD的CPU和一个NVidia的Tesla GPU。斯科特称，多数运算都将由Tesla GPU处理。“泰坦”的设计速度将达每秒2亿亿次浮点运算。“泰坦”将主要用于推进边缘科学的发展，科学家们将通过其建立气候变化的模型、研究生物科学等。 到2012年11月份，Titan超级计算机登顶TOP500排行，Titan是一个拥有200个机柜，18688个节点的Cray XK7系统。每一个计算机节点由一个16核心AMD Opteron 6274处理器和一个英伟达 Tesla K20 GPU加速器组成，并配备700 TB内存。另外，Titan的299008个CPU将被用于引导模拟，同时GPU用来做强力数据处理。 计算机与计算机科学联合实验室负责人Jeff Nichols表示，Titan拥有者无与伦比的计算能力，将被应用在能源、气候变化、材料研究以及其他需要超级计算机的领域。
超级计算机Titan是一个采用Cray XK7系统的超级计算机，安装在美国Oak Ridge国家实验室（ORNL)。Titan拥有560640个处理器核心，其中包括261632个NVIDIA K20的加速计算核心。而有消息称Cray最新研制的超级计算机XC30，此前也叫Cascade(瀑布)，其设计的峰值浮点计算能力超过100PFLOPS。>> 超级计算机CPU 目前Intel处理器占据着超级计算机CPU市场75%左右的份额，AMD占据约15%，剩下的10%则是IBM。不过在TOP500前十中，则是IBM与英特尔两强争霸的局面。IBM和英特尔各占4席，剩下的是AMD以及并不多见大的甲骨文的Sparc处理器。
IBM超级计算机大多数采用IBM自行设计的Power架构处理器，而Cray的超级计算机则是基本采用AMD Opteron处理器，不过计划中的XC30则是会首次采用英特尔至强处理器。
在西班牙超级计算机计划Mont-Blanc Project中，处理器将会采用ARM Cortex-A15，这是ARM第一次尝试高性能计算，绝大多数超级计算机采用的是英特尔处理器，另外就是AMD以及IBM的处理器。在Mont-Blanc Project项目简介中提到：“ARM处理器从来就不是针对HPC设计的，ARM芯片也从未用于HPC系统，这带来了大量的严峻挑战。
欧盟计划在三年内为Mont-Blanc Project投入800万欧元，目前已经进入第二年了，第一年主要用来部署相应的操作系统和科学软件。这套ARM超算预计将于2013年底投入运行，并且希望从2014年起升级到64位的ARM Cortex-A50架构，“可能会在2017年左右建造一套200PFlops(每秒20万万亿次浮点计算)的系统，功耗却只有1万千瓦”。>> 超级计算机GPU 除了CPU的变化外，CPU/协处理器的变化也在2012年中体现出来了，超算的并行加速呈现了英伟达英特尔AMD三方混战的局面。而其中英伟达无疑是并行加速的佼佼者。
在最新的第40期超级计算名单中，采用了GPU并行加速计算的有62套系统，例如Titan和中国的天河1号A都是采用NVIDIA的GPU，而Stampede还有其他6套系统采用的是英特尔Xeon Phi处理器来并行加速。而在半年前的39期中有58套系统采用了并行加速，可以预见超算领域中并行加速正越来越受关注。
在第40期的超算TOP500中，采用英伟达GPU进行并行加速计算的有50套超级计算机系统。除了Titan采用的是Tesla K20X外，大多数采用的是NVIDIA 2090，NVIDIA 2070以及NVIDIA 2050。我国的天河1号A采用的就是NVIDIA 2050。
最新入围全球TOP500前十的戴尔超级计算机Stampede，则是采用英特尔Xeon Phi处理器来并行加速。虽然英特尔Xeon Phi带有至强的命名，但是实际上它更像是与CPU协同工作的GPU。英特尔推出这款处理器就是为了达到和英伟达AMD处理器一样的效果，提高软件的并行加速计算能力。
在并行加速计算领域，似乎将要演变成为x86协同处理器与GPU加速器之间的竞争，英特尔区分这两者之间的区别是the Xeon Phi能够运行操作系统，而GPU加速器则不能， 据报道称Xeon Phi能够运行红帽Linux或者是SuSE Linux。 不过更为重要的是这些并行加速处理器是怎样提高超级计算机的计算性能，在这些方面软件等方面起到的作用要比操作系统更重要。>> 10万万亿次超算计划 超算的峰值计算能力如今已达到接近20PFLOPS，也许有人会疑问，什么样的应用或是领域需要如此的计算能力。2012年的一个案例可以说明。 2012年5月份，世界最大的天文望远镜SKA选址南非，耗时9年的选址问题等已解决，然而比选址更为棘手的问题是其庞大的数据量收集和处理。有专家指出，前所未有的最大望远镜SKA，其庞大的数据量需要一个每秒超过10万万亿次（100PFLOPS）浮点计算能力的超级计算机，是当时最快的K Computer的十倍左右，也是目前世界上最快的Titan的6倍左右。 SKA，平方公里阵列射电天文望远镜，是目前筹建的最大的射电望远镜。SKA将同时采用高频碟形、中频孔径和低频孔径三种类型的无线电波接收天线阵列，其信号采集区域与1平方公里的碟形天线相当，这也是其名称的由来。
SKA覆盖频率从70兆赫兹至10000兆赫兹，高频碟形阵列每秒钟将产生1600亿比特的数据，而中、低频孔径阵列每秒钟的数据量更大。处理这些是互联网数据的几百倍的海量信息，必须要有一台每秒运行速度达到10万万亿次的超级计算机才能满足需求。而当时世界排名第一的超级计算机K Computer的峰值浮点计算性能也只是在10千万亿次左右，仅为所需的十分之一。
SKA全面竣工是在2024年，那么10万万亿次何时才能实现呢？根据现在的消息，IBM Sequoia、Cray 的XC30以及日本的K Computer和中国的天河升级计划，大概在2015年将实现10万万亿次的峰值计算能力。 早在2011年9月，IBM公布的一项600多页的专利文件显示，IBM正在建设计算首个超过10万万亿次浮点计算的超级计算机。据悉，Sequoia的峰值性能可达到20PFLOP/s，而其升级版将是首个超过10万万亿次浮点计算的超级计算机，达到107PFLOP/s。 从Titan超级计算机研制计划图中我们可以看到，SKA天文望远镜所要求的10万万亿次的浮点计算能力，最早可于2015年达到。此外日本的K Computer也有着十万万亿次的升级计划，实现时间也差不多。
另外，中国天河一号超级计算机的最新升级计划，将使得天河计算能力超过100PFLOPS，重登超算榜首。早在2012年3月份，就有消息称，广州超算中心24亿购买的天河二号也将在2015年正式完成，届时可以达到10亿亿次的浮点计算能力。 而在2012年底，又有进一步的消息传出，计划升级天河超级计算的计算能力目标是在100PFLOPS，将采用英特尔最新Ivy Bridge架构的至强E5处理器和至强Phi协处理器，总数量高达10万片，整个升级计划需要18个月。 全文总结：在2012年，美国又重新夺回了超算第一头衔，而在CPU上，未来ARM的冲击会不会搅乱IBM、英特尔、AMD的芯片竞争格局，另外在GPU加速领域，英特尔会不会借CPU的强势挑战英伟达的权威？预测在2013年，世界最快超算的头衔还是会在IBM Sequoia和Cray Titan之间，不过将目光放远一些，中国、美国、日本谁将会第一个突破10万万亿次的大关呢，让我们拭目以待吧。[返回频道首页] |
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2013-01-28 00:15
出处：PConline原创
责任编辑：xiongxuehui
