超級計算機排名之中的地區和架構之爭

全國各地超算中心的建設如火如荼，大到直轄市、小到地級市，以及各個科研院校都在摩拳擦掌，躍躍欲試。回看2017年超算500強的排名和分布情況，我們能夠發現一些很有意思的情況，從中我們可以一窺超算的國家地區之爭和系統架構之爭。

國家之爭

我們國家的特點是能夠集中力量辦大事，尤其是這幾年國家和集體的腰包鼓了起來，資金更不是問題。如果僅僅和錢有關，中國往往能在短時間內舉國家之力搞定。在超算領域，美國超級計算機的建設方研發的目的都是自用，一般來說是計算需求驅動，有了需求再建設。在中國先進行建設，儘力提高建能，然後再嘗試滿足更高的計算需求。現在有了資金的保證，超算的建設速度是美帝無法披靡的。

體現在2017年11月TOP500排行榜上，神威太湖之光和天河二號再度蟬聯頭兩位。

子1993年6月以來，由美國與德國超算專家聯合編製的TOP500最強計算機系統列表（參考資料1），已經發布了數十期。該列表在高性能計算專家、計算科學家、製造商和互聯網社群的幫助下每年更新2次。TOP500列表是按照LinPack性能基準進行排名，主要目標是提供一個通用高端應用的系統排名，任何為專用用途設計的系統將不被列入TOP500列表中。

而在數量上中國也再一次超過美國。上一次超過美國實在2016年6月，以168對165的微弱優勢領先，在連續落後兩個後，去年以202比143的懸殊數字大幅領先，相信今後會繼續遙遙領先，畢竟現在國家集體有的是錢。

如果我們從2000年到現在的數量變化來看，中國從0開始，幾經起伏，現在在全球超算份額已經超過40%，而美國只有28.6%：

如果我們單獨把美國、中國和日本摘出來看，趨勢可能更加清楚：

中國從2016年開始增長勢頭十分強勁。這也許是受到當年天河二號聯繫蟬聯第一的帶動。

系統構成

如果我們來看一下主流超級計算機的核心構成，我們會發現一些有趣的規律。

CPU

Intel的至強幾乎一統天下，加起來超過92%，而 Power, SPARC等等加起來份額很小。

加速卡

這裡幾乎是Nvidia的天下：

Navida的份額超過81%，至強Phi和PEZY-SC2（後面會提）加起來只有15%左右。

操作系統

這裡已經完全是Linux的天下了：

以前還有的Windows、Unix和BSD已經完全不見了蹤影：

Linux的勢力範圍：

這裡53.4%的Linux是指定製的Linux,不是發行版。

新趨勢

從上面看起來，超算未來的未來似乎是至強+Nvida的天下了，難怪英威達的股價這麼高。實際上第一名神威太湖一號，使用是SW26010，中國子研的基於DEC Alpha 64微架構。除此之外，日本的「PEZY Computing」公司也大放異彩，我們需要特別關注。

如果我們從另外一個角度來衡量超算，即現在提到很多的每瓦性能(GFloat/watts)來看，結果會很不一樣。每瓦性能高則能效比越好，經濟性越好。Top500還發布另外一個榜單：Green500（參考資料2）。Green500 榜單也是每年發布2次，根據所獲性能與所耗功率的比值，評選出最節能的超級計算機系統。

從2017年的Green500榜單來看，「神威-太湖之光」以能效使用率6.051 GFloat/watts排在20位。「天河二號」排在第137位。最靠前的中國超算是曙光的「 Era-AI 」，排名15。

日本的「PEZY Computing」獨佔鰲頭，不僅包攬了前三名的位置，還獲得了一個第五名。這些系統的核心部分都採用PEZY-SC2 來做加速，PEZY-SC2 採用了 MIPS P6600的內核。前兩名PEZY-SC2都搭配較低功耗的至強-D來做調度管理。PEZY的發明人Motoaki Saito博士還希望將來能夠進一步淘汰至強-D，純用MIPS來搭建超算計算機。

MIPS在嵌入式領域被ARM衝擊的潰不成軍的時候，反倒在超算領域異軍突起，真是令人意外。日本人自知在堆資源上漸漸落後以來，在能效比上另闢蹊徑，精耕細作，也符合他們一貫的特點。

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參考資料

[1]: Home | TOP500 Supercomputer Sites

[2]: Green500 List - November 2017

[3]: The 2,048-core PEZY-SC2 sets a Green500 record