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HPCC高峰论坛披露中美日欧E级超算规划,中国计划

2019-10-28 00:34
HPCC高峰论坛披露中美日欧E级超算规划

摘要: 中国正计划投资数十亿美元升级将现有的三座设备升级至E级超级计算机,以重夺世界第一的地位。据香港《南华早报》报道,中国正计划投资数十亿美元升级将现有的三座设备升级至E级超级计算机,以重夺世界第一的地位。中国曾经连续五年拥有世界最强超级计算机,直到2018年美国能源部橡树岭国家实验室的Summit在榜单上击败中国的神威·太湖之光。一名知情人士透露,中国希望最新的曙光超级计算机的运行速度能超过美国竞争对手50%。新一代产品将运至位于北京的中国科学院计算机网络信息中心进行评选。全球超算Top500榜单每半年发布一次,由美国与德国超算专家联合编制。该排行榜的前几名长期被美国包揽,直到2010年,国家超算深圳中心开发的“星云”不仅实现了中国在Top100上零的突破,还超越众多欧洲和日本的系统,一举拿下了亚军的名次。2013年,国防科技大学研制的“天河二号”问鼎榜首,随后实现了六连冠。2015年,奥巴马政府开始禁止向中国出口高端超算芯片。在失去“外援”后,中国超算无锡中心自主研发的神威·太湖之光依然取得了四连冠的成绩。也就是说,从2013至2017年,中国超算已经连续5年盘踞榜首地位。然而,在英伟达和IBM共同加持下,2018年6月,美国橡树岭国家实验室的超级计算机Summit重夺失落的宝座。Summit的峰值算力可达每秒 200 petaflop(每秒 200 千万亿次计算),比神威·太湖之光快几乎两倍,且造价更少。每秒 200 petaflop,相当于地球上的每个人每天每秒钟进行一次计算,持续305天,才能完成Summit超算眨眼之间可以做完的事情。此外,Summit是世界上最适合机器学习的超算之一。它将支持美国能源部与核聚变、替代能源、材料科学、气候研究、计算化学和宇宙学相关的研究。在2018年11月发布的最新榜单中,Summit的地位不变,性能实现了进一步提升。其姊妹版超算Sierra则紧跟其后,将神威·太湖之光挤到了第三名。从总量来看,中美两国分别在世界超算百强榜单上占据45.4%和21.8%。新一代超算角逐的焦点将是百亿亿级(E级)超算——实现超过 1000 petaflop 的算力,是大规模计算的下一个大里程碑。中国、美国、欧盟、日本都宣布了相应的研发计划。中国国家“十三五”高性能计算专项课题3个E级超算的原型机系统——神威E级原型机、“天河三号”E级原型机、曙光E级原型机目前均已完成交付。

[摘要]在全球超级计算机500强名单中,中国的“天河二号”以“六连冠”成就了一个传奇。这一纪录,在2016年6月被终结,而终结者,是同样来自中国的“神威·太湖之光”。bv1946伟德入口 1时代周报记者 付聪 发自广州

我国E级超算研发路线图亮相国际舞台

来源:北京日报 2016-11-16


  我国高性能计算领军企业中科曙光15日对外宣布,美国时间14日,由其牵头的E级计算系统研发路线图在美国发布。这是中国E级计算系统研发路线图首次亮相国际舞台。

  2016年全球超级计算大会13日至18日在美国盐湖城举行。新一期超算500强榜单14日在大会上公布。中国超级计算机“神威·太湖之光”与“天河二号”分别夺得第一名和第二名,相比第三名美国“泰坦”速度优势巨大。中国超算总体表现也很出色,以171台的上榜总数与美国并列第一。

E级超算:战略“制高点”

  E级高性能计算机是指每秒可进行百亿亿次计算的超级计算机,被全世界公认为“超级计算机界的下一顶皇冠”,是各国竞相角逐的战略“制高点”。

  据了解,目前,美国、欧洲、日本等国家和地区都提出了自己的E级超算研发计划。在我国“十三五”高性能计算专项课题中,中科曙光、国防科技大学以及江南计算技术研究所同时获批牵头E级高性能计算的原型系统研制项目,形成了中国E级高性能计算“三头并进”的局面。

  除了追求更快的计算速度,E级计算的研发更面临着“功耗墙”、“编程墙”、“存储墙”、“可靠性墙”几方面的挑战。

  针对上述挑战,中科曙光分别从计算系统、网络架构、存储架构、系统软件、冷却系统、应用支撑等多方面提出了E级系统的解决方案,来验证E级高性能计算机研制开发的可行性。

  中科曙光总裁历军介绍说,中科曙光的“E级高性能计算机原型系统”目前已经进入了研制阶段,原型系统的研制可以验证计算、存储、网络、系统软件、系统冷却和可靠性等方面关键技术,对关键技术难点进行测试和改进,为最终建造完整系统扫清障碍。

bv1946伟德入口,  “曙光E级高性能计算机原型系统研制项目可以良好支撑高性能计算、深度学习、大数据、云计算等多领域的应用。”中科曙光高性能产品事业部总经理曹振南说。

  多年来,中科曙光在国家“863”计划重大专项支持下,一直致力于在高性能计算机领域的探索与研发,从曙光一号、曙光1000到曙光6000,先后研制成功了百万亿次和千万亿次高性能计算机系统。

“我们还处于追赶的态势”

  在美国盐湖城举行的2016全球超级计算大会上,由中国国家并行计算机工程技术研究中心研制、安装在国家超级计算无锡中心的超级计算机“神威·太湖之光”再次夺得全球超算500强榜单冠军,中国上榜超算总数也与美国并列第一。但国家超级计算无锡中心副主任、清华大学副教授付昊桓认为,中国在超算领域“还处于追赶的态势”。

  “神威·太湖之光”的峰值计算速度达到12.54亿亿次每秒,这是全球首个突破10亿亿次的超级计算机;持续计算速度达到9.3亿亿次每秒,是第二名“天河二号”的近3倍。今年6月,“神威·太湖之光”横空出世,在每半年发布一次的超算500强榜单上夺冠。对于蝉联冠军,付昊桓在接受新华社记者专访时说,纯属意料之中,没有太大悬念,“比我们更快的系统可能还需要一到两年时间才能出来”。

  算上此前“天河二号”的六连冠,中国已连续4年占据全球超算排行榜的最高席位。付昊桓认为,某种程度上,这与中美超算发展规划不同有关。在“天河二号”2013年夺冠前,美国的“红杉”与“泰坦”曾于2012年先后夺得超算冠军,之后美国规划的是接近20亿亿次每秒甚至30亿亿次每秒运算能力的系统,而中国规划的是10亿亿次每秒运算能力的系统,两国规划正好错开,“所以中国超算夺得第一其实也是一个时间差问题”。

  “神威·太湖之光”实现了包括处理器在内的所有核心部件全部国产化,第二名“天河二号”使用英特尔芯片。付昊桓说,去年年初,美国政府把与超算相关的4家中国机构列入芯片技术限制出口名单后,“天河二号”的升级受到一定影响,第二期的建设需要采用其他技术,“这说明在这些战略性科研领域,还是需要强调自主可控,有自己的技术做支撑”。

  对于中美上榜超算数量并列第一,付昊桓说,不能简单地看台数,因为美国实际上有许多超算系统没有申请进榜,比如谷歌做深度学习的一些“大机器”。当然,中国也有一些类似超算系统没有申请进榜。

  “所以我们业内的判断是,‘天河二号’也好,我们的全自主技术的‘神威·太湖之光’也好,是我们这么多年高性能计算硬件与软件发展成果积累的体现。但也要看到在超算领域美国和日本的积累比我们更加深厚,各方面的技术比我们更领先,所以我们处于追赶的态势,”他说。

  据付昊桓介绍,迄今已有上百家研究单位利用“神威·太湖之光”做“算题”,共有60多项重要应用课题,涉及天气气候、航空航天、海洋环境、生物医药、船舶工程、材料等应用领域,其中与大气变化、全球海浪变化以及钛合金微结构演化相关的3个应用入围今年高性能计算应用领域最高奖“戈登贝尔奖”提名。这个奖项将在此次盐湖城大会上公布结果。

  据付昊桓透露,他们正在进行相关市场化准备。“我们可能在今年年底会有一些小型化的超算服务器。‘神威·太湖之光’是一个很好的系统,但一般用户不需要这么强的功能,所以我们现在也在考虑把超算相关技术推向市场,我们可能会研制一些中小型设备提供给国内外用户使用,它们的所有部件都是我们自己生产的”。

中国正成为全球超算舞台有力竞争者

  全球超级计算机500强排行榜主要编撰人之一、美国劳伦斯伯克利国家实验室副主任霍斯特·西蒙14日在接受新华社记者专访时说,中国在高性能计算领域已经取得巨大进步,正成长为全球超算舞台上的有力竞争者。

  西蒙说,超算对科学、经济与军事等多个领域具有重要意义,自2000年以来中国在超算技术方面大力投资,现在中国在这个领域已经到达“一个非常、非常、非常有竞争力的阶段”。

  但西蒙并不认为中国已经成为超算强国。他说,超算是一个整体生态系统,它包括硬件、软件、应用以及培训下一代科学家等,此外大学、研究机构和企业也应积极参与其中,但要同时做到这些不同方面非常困难。中国在努力去做美国可能花了20年做的事情,希望能在较短时间内完成这些工作,但“我认为中国还是需要稍微长一点的时间。从这个意义上说,中国仍然还有一系列事情需要去完成”。

  中国在超算应用上的进展让西蒙印象深刻。他回忆说,2010年“天河一号”在超算500强榜单上夺冠时,这个超算系统距应用还有很长的距离;但今年6月“神威·太湖之光”登顶榜单时,中方就介绍了好几个应用,这些应用都很棒,而且中国科学家现在也以更快的速度学会怎样使用这个系统。

  “我认为已经有了很明显的进展,”西蒙在大会会议间歇对新华社记者说,“中国可能还有一些其他的不足,但很显然,考虑到硬件有了、应用有了、基础设施有了,有很多支持,中国在使用超算上已经取得巨大进步。”

  西蒙认为,中国超算发展不仅仅是超算自身的事,还关系到中国半导体行业的发展。中国每年进口的芯片数额巨大,存在巨大的半导体贸易赤字,所以中国发展超算是减少这种赤字的“一个很好的深思熟虑的”战略的一部分。

  “中国进口了大量半导体,而今天半导体在所有地方都有应用,尤其在空间领域和汽车行业。物联网也是到处需要芯片,所以中国要发展高端生产,显然需要在半导体方面大量投资,以取得更大的国内生产份额。我认为这是一个大问题。超算只是整个战略的一部分,”他说。

  

编辑:苑苑

近日,由亚洲超算协会和浪潮集团联合举办的第14届HPC Connection Workshop中外超算高峰论坛在美国盐湖城SC16全球超算大会期间举行。;来自包括国家超算无锡中心、国家超算广州中心、美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室、日本理化所等拥有过全球最快超算顶级超算中心在内的顶级专家参会,共同探讨了“E级超算发展”。E级超算是众所瞩目的全球超算发展的下一代里程碑,其计算性能将达到目前全球最快的“神威·太湖之光”的8倍性能。

在全球超级计算机500强名单中,中国的“天河二号”以“六连冠”成就了一个传奇。这一纪录,在2016年6月被终结,而终结者,是同样来自中国的“神威·太湖之光”。

来自日本理化所的 Mitsuhisa Sato透露了该国发展E级超算的“旗舰2020计划”。日本将在2017年4月投入运营 “Post K”超级计算机,该系统峰值性能约为每秒2.5亿亿次,将在宇宙探索、地震预测和气候预测及汽车流体力学的模拟实验中发挥作用。“Post K”使用了日本自主研发的ARM V8芯片,并配合耐热设计削减水冷却的电力消耗,耗电量将仅为3.6兆瓦。

这一次,新超算冠军更首度采用中国自主知识产品芯片,完成中国超算界的一大突破。

据欧洲IT4Innovations 捷克国家超算中心主任Martin Palkovic介绍,欧洲的E级超算系统将同时支持高性能计算、云计算的应用需求,并将基于节能、低功耗的处理架构。此外,欧洲还计划开发一系列的百亿亿次级应用程序,并将联合欧洲多个国家、超算中心共同完成。目前IT4Innovations 捷克国家超算中心就在进行有限元建模/边界元方法和能源领域百亿亿次应用的开发。同时,参加本次HPCC的另一家欧洲超算中心——德国斯图加特超算中心主管Bastian Koller也表示将进行工业制造领域的百亿亿次应用开发。

6月20日,在德国法兰克福举行的2016国际超级计算大会上,公布了最新一期的全球超级计算机500强榜单,中国自主研制的“神威·太湖之光”超级计算机夺魁,这是继“天河一号A”和“天河二号”之后,中国超级计算机再次登顶。

美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室计算科学部门主任、美国能源部E级超算项目硬件技术副主任John Shalf表示,美国计划在2023年底开发完成2套E级超算系统,这2套系统必须满足峰值性能至少是目前美国最快超算的50倍以上,功耗必须是目前系统水平的1/10约20兆瓦的峰值功率,系统可靠性方面必须至少满足6天无错运行这3大指标。同时,美国还将开发15-20个包括材料科学、物理化学、能源、宇宙太空等领域的百亿亿次应用程序。

超级计算机,在航天航空、气候模拟、生物信息等诸多方面皆有运用,被誉为中国科技发展的“国之重器”。“超级计算机在政治经济的诸多领域都有很重要的战略意义,可以说是除了理论研究与科学实验,计算是人类认识世界的第三种手段。”中国计算机学会高性能计算专业委员会秘书长张云泉对时代周报记者说道。

中国已经披露的“十三五”规划计划在2020年前实现E级超算目标,这样将比美国规划领先三年。“神威·太湖之光”和升级后的天河二号超级计算机就是该计划的重要部分。“神威·太湖之光”采用自主研发芯片,目前是世界上唯一一套峰值运算能力超过10亿亿次的超级计算机。天河二号也正在进行后续升级,目标是成为中国第二套100P超算系统。国家超算广州中心主任卢宇彤介绍,天河二号升级之后将增加HADOOP,以满足高性能计算和大数据融合的发展需求。中国的E级超算计划也同样包含百亿亿次应用程序开发,目前中国应用”千万核可扩展全球大气动力学全隐式模拟”已经荣获戈登贝尔奖,国家超算无锡中心副主任付昊桓也在HPCC上介绍了这一应用。

就在“神威·太湖之光”夺冠的同一天,国家超级计算无锡中心正式挂牌启动运行,该中心则由清华大学管理运营。中心主任杨广文教授在接受新华网采访时,表示“将围绕江苏与长三角的科技与经济发展需要,发挥清华的学科优势,未来依托这个平台在无锡建设高性能计算机产业园。”

在E级超算发展上,几乎所有人都意识到新型计算芯片的研发问题,并在诸如MPI OPENMP之类的“MPI X”系统软件架构上进行着更多的尝试和创新。而对于这些正致力于E级超算研发的国家来说,2020或许是一个新的节点,可能会有更多突破传统束缚的超算系统问世。

这无疑指明了“神威·太湖之光”未来的产业化道路,此前曾有专家指出中国的超算产业化程度不高,超算有被“浪费”的嫌疑。

“现在目前超级计算机的产业化与商业化确实程度不高,这是因为现在绝大部分的领域都使用不到超级计算机。但超级计算机的技术是会向下辐射的,这能给我们其他商业化的领域带来应用与技术的提升。”中科院计算所研究所博士包云岗对时代周报记者说道。

bv1946伟德入口 2美国芯片禁售下突围

西蠡湖畔的无锡超算中心,“神威·太湖之光”的本尊就放置在这里。在它占地1000平方米的主机房里,两边整齐地排布着40个黑色外壳的运算机仓,机仓的顶部则散发着代表“科技”的蓝光。

黑蓝色调的主机,性能极其强大。资料显示,“神威·太湖之光”的峰值计算速度达每秒12.54亿亿次,持续计算速度每秒9.3亿亿次,性能功耗比为每瓦60.51亿次,这三项指标均位列世界第一,也使“神威·太湖之光”成功登顶。

清华大学计算机系高性能计算研究所助理研究员翟季冬透露,“这次参加德国的超算大赛,是由清华计算机系的老师负责”。时代周报记者致电清华大学计算机学院,对方透露,参赛的成员则主要是清华计算机学院的研究生。

由清华大学管理运营的无锡超算中心,目前担任主任的杨广文教授是清华大学计算机系高性能计算技术研究所所长,副主任付昊桓则是清华大学地球系统科学研究中心副研究员。

翟季冬是国际超算大赛的常客,2015年,他担任指导老师的清华大学超算团队包揽了三大国际大学生超算竞赛ASC15、ISC15、SC15的冠军。

“在超算的比赛中,一般是考验你超级计算机的应用优化,那次我们参赛,就是在3000瓦功率的限制下,组委会给定一组应用,然后看每个队伍的优化结果,而超算的比赛的准备工作就是优化程序的性能。”翟季冬介绍。

对于超算的考核,张云泉评价道:“实际上对超级机算计考核的指标中,由于峰值一般实际中运算中达不到,最看重的是其持续运算速度与功耗。”

从具体数据上看,“神威·太湖之光”的浮点运算速度为每秒12.5亿亿次,比排名第二的“天河二号”快近两倍,也是全球唯一一台计算速度超过10亿亿次的超算,效率相比“天河二号”也提高了3倍。杨广文在接受新华网采访时打了一个比方—让“神威·太湖之光”开机运行一分钟,就等于全球的人口同时用计算机不间断运行整整32年。正是在这样运算性能的支持下,清华大学地球系统科学研究中心首次实现了百万核规模、高分辨率的地球系统数值模拟。

这样的持续运算速度的实现,源自其众核芯片申威26010。在那些黑色的机仓中,每个机仓都有1024个巴掌大小的芯片,据介绍,单个这样的芯片,其计算能力就相当于3台2000年全球排名第一的超级计算机。这些芯片的研制单位为无锡江南计算技术研究所。

更重要的是,这些芯片全部源自国产,具有自主知识产权。此前的“天河二号”的芯片则是由美国产的英特尔芯片。2015年4月,美国宣布对中国禁售高性能处理器,并特别提到了“天河二号”,称与其有关的中国四个技术中心均被列入美国政府的限制名单。

张云泉告诉时代周报记者,“芯片是电脑的心脏,对于超级计算机来说,更加重要。因为超级计算机运行速度快,对别的国家是一种战略威胁。因此美国很有可能随时掐断这种芯片的供应,因此我们国家必须避免这种情况的发生。”

其他国家没有这样的速度

算上“神威·太湖之光”,这次中国上榜世界超算500强的超算数量,共计167台,首次超过美国成为世界第一。德国IT专业杂志《Heise》网络版对此作出报道时,直接附上了一张中国兵马俑的照片,将中国的超算称为“兵马俑军团”。

而在2001年,中国超级计算机还没有任何一台进入到全球超算TOP500强的名单中去。中国超级计算机的业内还流传着一个“玻璃房子”的故事:20世纪80年代,中国石油工业部物探局花费巨资从美国购买了一台超级计算机,结果这台机器被放在了一个中国人不得入内的“玻璃房子”里,以方便美国专家的监控。

2010年,“天河一号A”横空出世,拿到当年11月世界超算TOP500强的第一名。这也是中国第一次拥有世界上最快的计算机。此后不久,这份榜单每半年一更新,世界上最快的电脑不断易主。

2011年,“天河一号A”就被日本的超级计算机“京”超越。到了2012年6月,美国超级电脑则重夺世界第一的宝座。不过,仅仅时隔一年,中国凭借“天河二号”再次占据世界第一的宝座,并实现了此后的“六连冠”。

中国超算不仅占据了世界第一的宝座,其整体的数量也开始猛增。

2015年5月,中国在全球超算TOP500榜单的仅有37台上榜,半年以后就猛增到109台,超过了欧洲与日本,名列世界第二,国内还成立了国家超级计算中心。如今,又用了半年的时间,就超过美国位列世界第一,国家超算中心的规模也达到6家。排行榜主要编撰人、美国田纳西大学计算机学教授杰克·唐加拉对此评论道:“没有国家有这样的速度。”

躺在国家级实验室里

随着技术的进步,中国超算在航天航空、石油勘探、车船设计、新药研发等诸多国家尖端领域都发挥着越来越重要的作用。据新华社报道,基于“神威·太湖之光”系统的3项全机应用已入围国际高性能计算应用领域最高奖—“戈登贝尔奖”,这是该奖项设立30年以来中国团队首次入围。

不过,此后有报道与专家指出,中国超算的短板在于产业化和商业化明显不足。资料显示,“天河一号A”斥资6亿元人民币建成,现在的“神威·太湖之光”,项目的总经费已达17.95亿元。但据统计,国内超级计算机研发经费中用于开发应用软件的尚不足10%,这个数据在美国占比达30%以上。2014年4月,“天河二号”试运行曾对外开放,可最终只有120家企业和研究机构选择试用。

2015年7月,阿里云向外界宣布启动量子计算机的研究计划,其计算速度在未来将超过“天河二号”百亿亿倍。然而,阿里云的公关负责人王子凌对时代周报记者表示:“超级计算机其实我们很难运用到。超级计算机就像是顶级跑车,但我们需要的不是车子跑多快,而是可以提供各种各样的车辆给客户。”

“中国超级计算机的硬件水平已经是世界领先了,但在超级计算机的应用软件开发,与超算的使用人群上,与其他欧美发达国家相比依旧是有差距的。”张云泉评价道。

包云岗对此表示,“现在超级计算机的产业化和商业化在全世界都是一个难题,美国超级计算机也只是躺在国家级实验室里。出于战略考虑,虽然超级计算机的前期投入大,但是我们依旧需要发展超算的技术,它可以向产业的下游辐射,可以产生新的技术应用。并且随着技术的发展,其成本也会下降,就可以在类似谷歌、百度等商业公司的数据库中得到一部分应用。”

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