超越中美，日本超算時隔9年再登頂全球500強
（文/觀察者網 呂棟）6月22日，國際超算大會發布最新一期的全球超算TOP500榜單。與去年11月公佈的排名相比，本屆榜單前10名變化較大：日本超算“富嶽”（Fugaku）超越美國“頂峯”（Summit）登頂榜首，中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”位列榜單4、5位。
眾所周知，超算被視為一個國家創新能力乃至綜合國力的象徵，本次也是日本在2011年後再度在超算領域登頂。不過，作為史上第一台基於ARM架構的全球超算冠軍，“富嶽”雖然性能達到上屆冠軍“頂峯”的2.8倍，但仍然屬於十億億次級別超算。
《日本經濟新聞》認為，此次日本之所以能奪取第一，原因之一在於目前超算正迎來升級換代時期，日本比中美更早地投放新一代機型，但由於在資金實力上處於劣勢，日本很難和中美展開同場競技。
而E級超算（即百億億次超算）目前已經成為世界各國追逐的新目標。其中，中國的E級超算已超前佈局，神威E級原型機、“天河三號”E級原型機和曙光E級原型機三個不同技術路線的原型機系統已全部完成交付，有望在2020年建造出世界第一台E級超算。
日本超算“富嶽” 圖片來源：《朝日新聞》
日本時隔9年再度登頂
根據慣例，全球超算500強榜單每半年發佈一次。與去年11月榜單“波瀾不驚”不同，此次榜單的前幾名出現不少“新勢力”。最大的變化，則是上次位居榜首的美國超算“頂峯”，被日本“富嶽”取代。
“富嶽”是富士山別稱，由富士通公司和日本理化學研究所共同設計研製，共約有400台計算機組成。
其運算速度為41.55億億次/秒，是“頂峯”的2.8倍，是“神威·太湖之光”的4.5倍，並且其核心處理器採用48核ARM芯片A64FX，是史上第一台基於ARM架構的超算系統成為全球超算TOP500冠軍。
除此之外，“富嶽”還在注重超算應用性能的基準測試HPCG和人工智能超算性能Linpack基準測試HPL-AI中排名第一。同時，其在Graph500性能排行榜中也位居榜首，該指標強調內存帶寬和延遲，側重於大數據分析等領域的計算能力的比較。
全球超算計算速度排名 圖片來源：日本經濟新聞
在“富嶽”拿下全球第一後，日本理化學研究所理事長松本紘23日在記者會上表示：“鬆了口氣的同時非常高興，今後將繼續努力最大限度挖掘其性能”。富士通的社長時田隆仁也難掩喜悦：“再次向世界展示了日本技術與製造實力的強大。將盡全力完善富嶽，為實現可持續的社會做貢獻。”
《日本經濟新聞》指出，“富嶽”是日本投入1300億日元（約合人民幣86億元）國家經費的項目。除了用於開發劃時代的藥物和材料、應對地震及海嘯等之外，還可以應用於探索宇宙進化等研究，2021年開始正式運用後，有望提升日本的研發能力和產業競爭力。
日本共同社則認為，“富嶽”研發的背景是超算“京”的失敗。由於CPU和操作系統的性能，“京”被認為“易用性糟糕”，日本企業對於以“京”為基礎的超級計算機的接受程度低於預期。
在記者會前一天的股東大會上，富士通社長時田隆仁也承認“京”令人遺憾，未能對業務發揮推動作用。日本國內還有批評稱，超算開發費過高，出現聯合開發企業較早從項目中撤出的情況。
作為“京”的後續機型，“富嶽”拿下榜首後，美國超算“頂峯”和山脊（Sierra）被擠到2、3位，曾經“四連冠”和“六連冠”的中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”，在榜單中排名4、5位。
除此之外，榜單的前10位中，還出現3台超算新面孔：排名第6的HPC5，由意大利能源巨頭Eni出資研製；排名第7的Selene，由英偉達首次推出，搭載了AMD EPYC處理器 最新的A100GPU；排名第9的Marconi-100，部署在意大利計算中心。
榜單前十名 TOP500官網截圖
在本屆TOP500榜單上，中國境內有226台超算上榜，在數量上蟬聯第一，佔總體份額超過45%，但較半年前的榜單減少2台。美國以114台位列第二，較上次榜單減少3台。日本、法國、德國依次位列之後，排名與上次榜單相同。這也是2017年11月以來，中國超算上榜數量連續第六次位居第一。
同時，中國廠商聯想、曙光、浪潮是全球前三超算供應商，總交付312台，在TOP500中佔比超過62%。其中，聯想製造的超算入圍180台，再次名列全球高性能計算提供商份額第一名。
聯想方面向觀察者網介紹，中國最強的十台超算中，除了由國家並行計算機工程技術研究中心與國防科技大學建造的集羣之外，其餘全部由該公司研製部署。
在總算力方面，美國超算所提供的算力是644PFlops（浮點計算千萬億次每秒），佔比為28.7%；中國為565PFlops，佔比25.5%，與美國算力佔比差距從上屆4.8個百分點縮小至3.2個；日本上榜的超算雖然只有30台，但其可提供的算力為530PFlops，性能份額達到23.7%，半年前其佔比僅為6.6%。
Top 500網頁截圖
中國已超前佈局E級超算
眾説周知，超算技術長期來被視為一個國家創新能力乃至綜合國力的象徵，在諸如天氣預報、生命科學的基因分析、核工業、軍事、航天等高科技領域發揮着重要作用，因此也成為大國角力的擂台。
《日本經濟新聞》指出，日本重返第一，意味着以超級計算機為目標展開的新國際競爭的重啓， 而在資金實力上處於劣勢的日本很難和中美展開同場競技。
報道認為，圍繞尖端技術展開主導權爭奪的中美兩國預計將在1-2年內投放每秒100“京次”運算的新一代超算， 按理論上的最高值，“富嶽”擁有每秒約53“京次”（“京”為1億億次）的計算能力。
“此次日本之所以能奪取第一，原因之一在於目前超算正迎來升級換代時期，在這一背景下，日本比中美更早地投放了新一代機型。”報道指出。
《朝日新聞》也提到，中國計劃於今年推出的超算未趕上本次排名，富嶽由此登上冠軍寶座。
事實上，中美在超算領域你追我趕的態勢已有數年。中國“神威·太湖之光”曾多次奪冠，美國“頂點”在2018年6月首次登頂後也連續四次奪冠，但是比“神威·太湖之光”的運算速度優勢並未進一步擴大。
目前，作為“超級計算機界下一頂皇冠”，E級超算已成為世界各國在超算領域追逐的新目標。
2019年底，美國相繼宣佈建造“極光”“前沿”和“酋長巖”三台E級超算，交付時間預計為2021年至2023年；日本目標是2020年研製成功首台E級計算機；歐盟首台E級超算預計於2022年到2023年交付。
中國也在E級超算領域“三連發”。《北京日報》今年1月報道指出，中國E級超算已超前佈局，神威E級原型機、“天河三號”E級原型機和曙光E級原型機三個不同技術路線的原型機系統已全部完成交付。
美國《科學》雜誌今年初預測，中國有望在2020年建造出世界第一台E級超算。
“天河三號”原型機（資料圖）
在2018年中國高性能計算機TOP100排行榜中，三大E級超算原型機均進入性能榜前十，分列第四、第六和第九位。同時，國外廠商無一入圍這項榜單中，是中國超算TOP100榜單首次實現“全國產”。
不過，新華網2019年11月曾撰文分析：從上榜數量和性能上看，中國已躋身超算大國之列。但是如果把超算“拆”開來看，中國超算發展還面臨諸多挑戰。
首先，在計算機芯片研製方面美國公司仍佔據絕對優勢，在上屆超算500強榜單中排名前兩位的“頂點”和“山脊”，均使用了IBM公司生產的Power9中央處理器。從市場佔有率來看，英特爾公司仍是中央處理器領域的“霸主”，上期榜單中約94%都使用了英特爾“至強”或“至強融核”處理器。
“‘神威·太湖之光’因使用中國自主研發的“申威”芯片而備受矚目，但更多中國企業建造的超算仍使用英特爾芯片，改變這種局面有很長的路要走。”文章中認為。
2019年6月，美國商務部將中科曙光、天津海光、成都海光集成電路、成都海光微電子技術和無錫江南計算技術研究所等5家機構列入所謂“實體清單”。其中，中科曙光與江南計算技術研究所正是中國兩大E級超算原型機的研製方。
當時就有分析認為，中國超級計算機研製近年來加速發展，國際上中美競爭的格局已經形成，這似乎並不是有的國家希望看到的。
事實上，早在2015年美國就開始對中國施行超算芯片禁售，從產業鏈條和技術層面進行遏制。不過，中國目前已完成超算自主可控生態體系的初步建設。“天河一號”、“天河二號”小規模試用自主研製的飛騰CPU；“神威·太湖之光”安裝40960箇中國自主研發的“申威26010”眾核處理器。
另外，神威E級原型機硬件、軟件和應用三大系統中，處理器、網絡芯片組、存儲和管理系統等核心器件全部為國產化。而“天河三號”E級原型機則採用自主的飛騰處理器、天河高速互聯通信和麒麟操作系統，實現了芯片的全國產化，告別了前代的英特爾芯片。
而中國超算發展面臨的另一大挑戰是，軟件開發能力滯後限制了中國超算系統使用效率和應用水平。
有業內人士認為，科學或工程上大規模研究使用的系統才能叫超算系統。美國許多超算系統直接部署在大學或國家實驗室等機構。例如，去年6月首次上榜就排進前五的美國超算“弗龍特拉”被譽為全球最強大超級學術計算機，部署在得克薩斯大學奧斯汀分校，已被用於模擬中子星撞擊和腦腫瘤研究等領域。
新華網文章中指出，中國提交的一些超算系統曾被認為是互聯網數據中心，應用面較狹窄。但是近來這種情況已有所改觀，基於“神威·太湖之光”的兩項應用“千萬核可擴展全球大氣動力學全隱式模擬”“非線性地震模擬”分別於2016年和2017年獲得高性能計算應用領域全球最高獎項——戈登貝爾獎，展現了中國在高性能計算應用領域的強勁發展勢頭。
圖片來源：日經中文網
（編輯：周遠方）
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