对于超级计算机凤凰新闻社客户的主编唐虎虎

凤凰卫视总裁唐唐虎

周末最大的科技新闻应该是美国超级计算机以超过中国“神威” 60％的速度重获世界第一.

作者还借此机会向公众介绍了超级计算机领域的激烈中美竞争. 这应该是最完整，最流行的解释.

[美国已经落后甚至被抛弃了5年]

这是自2013年6月以来，美国首次在超级计算机排行榜上名列前茅，当时，它是由中国广州的天河二号首次采用的. 到2016年，中国的神威太湖之光无锡以三倍的优势创造了新的纪录，并继续保持着中国榜首的地位.

在上一轮（即去年年底全球超级计算机的TOP500排名）中，瑞士和日本将美国的最高排名推到了第五位.

在TOP500总数列表中，中文系统总数为202，占总数的40％以上，排名第一. 美国仅剩143个单位. 中国的总体计算能力也超过美国. 在TOP500的总计算能力中，中国占35.4％，美国仅占29.6％.

下降的国家数量很少，日本为35个，德国为20个高性能计算机发展历程，法国为18个，英国为15个……这是当今全球顶级技术和商业竞争的写照: 仅中国和美国美国玩家.

[请不要动手做一个比喻为G的十亿级领域]

在进行进一步介绍之前，流行科学有必要测量现代计算机性能的基本参数-每秒浮点运算的数量（英文缩写: FLOPS）. 否则，盲目地仍然使用“相当于世界70亿人口的数百亿年计算器”，这既不直观也不容易比较.

计算机从发起者ENIAC的300 FLOPS开始进行指数式开发. 在英语词汇和缩写中，K为千分之三的10. M是百万，是10的六次方； G是10亿，是9的幂.

1980年代中期，中国媒体首次报道了超级计算机（简称超级计算机）时，超级计算机的速度约为1 GFLOPS，即每秒10亿个浮点运算.

1983年高性能计算机发展历程，中国建造了第一台银河第一超级计算机，每秒可运行超过1亿次，即0.1GFLOPS. 世界上最快的美国黏土是8亿次，即0.8GFLOPS.

今天，这种性能可能不如数字手表.

[超级计算的千倍性能，在十多年的万亿级领域不及个人玩具那么好]

十五年后，到1990年代末，个人计算机上的CPU开始显示1 GFLOPS，而此时世界上最快的超级计算机已达到1 TFLOPS以上，T是一万亿，是10到12的幂

因此，个人计算机与当代超级计算机之间的差距是1000倍.

再过15年，2014年的个人计算机CPU的能力为0.6 TFLOPS，现在2018年的顶级手机CPU达到了相同水平.

大多数人不会意识到他们手中的小型智能手机可与世界上最强大的超级计算机相提并论，后者在20年前非常庞大和庞大，其体积和重量减少了1000倍.

否则，如何玩微信，视频，游戏和实时美容？所有这些都是实时计算的，具有接近T级的计算能力！

信息技术的迅猛发展创造了前所未有的爆炸性进步，也促进了社会形式的不可思议的变化.

因此，TFLOPS（万亿）应成为讨论现代计算机的起点. 否则，数据后面列出的0和1亿太多了，这超出了普通人的理解和想象，也偏离了当前的发展现实.

[类似地，超级计算应保持比个人玩具强大的1000倍-P的petascale领域]

主要用于游戏的图形卡由于对数百个算术单元进行并行处理而使性能提高了一个数量级.

以市场上最流行，最主流的NVIDIA GTX 1060游戏显卡为例，其成品价格在2000元以上，游戏的单精度计算能力为4.4 TFLOPS，约为10是传统CPU的三倍.

更进一步，最新的顶级显卡NVIDIA Titan V已达到15 TFLOPS，是GTX 1060的三倍以上，当然价格也已超过20,000元.

当TFLOPS再增加1000倍时，就是PFLOPS（万亿）. 这是当今超级计算的能力类别-截至去年年底，PFLOPS能力的实际超级计算能力在全球排名第183.

[美国如何赢得冠军: 等待了整整三年]

为了重新获得中国占领的最快的超级计算宝座，IBM和NVIDIA早在2015年就接受了美国政府的委托，负责橡树岭国家实验室和美国能源部的劳伦斯，后者负责开发. Riflemore国家实验室分别创建了20亿次和15亿次，这是200 FLOPS和150 PFLOPS的超级计算.

这两个超级计算机分别命名为Summit和Sierra，耗资约3.8亿美元. 但是直到2017年底，两家公司才开发出相关的核心芯片，然后才能将其转换为工程现实.

橡树岭国家实验室的“ Summit”超级计算使用4608个计算服务器节点，每个节点包含2个IBM Power 9处理器（CPU）和6个NVIDIA（NVIDIA）公司的Tesla V100图形处理单元（GPU），和512 GB DDR4内存. 采用更有效的水冷却.

采用台积电12纳米工艺制造的NVIDIA Tesla V100，集成了210亿个晶体管，具有32 GB内存. 每个售价9,000美元.

Tesla V100和民用顶级图形Titan V均为Volta架构，但考虑到稳定频率稍低，理论计算能力为单精度14 TFLOPS，但科学计算采用双精度模式7 TFLOPS.

GPU承担了大部分工作量，但CPU仍然是数据处理的中心. IBM的POWER9使用全球代工厂（以前是AMD的制造部门）的14纳米工艺制造，并集成了80亿个晶体管. 96个线程和24个内核，实际使用了22个内核. 每件起价为6,000美元.

这样，单个节点具有6个双精度7 TFLOPS V100，并且理论计算能力超过42 TFLOPS. 总共有4608个节点，即200,000 TFLOPS，中文的200 PFLOPS-20亿次.

这相当于个人计算机中高端游戏图形卡的90,000倍，是主流CPU的900,000倍. 它也比目前排名世界第五的最强大的系统Titan强大8倍.

当然，与个人计算机相比，一个必须解决集成和互连的并行计算，第二个必须解决巨大的数据吞吐量和节点之间的交换，第三个必须追求更高的效率和更高的功耗比. 需要最先进的配件.

[仅花费了2亿美元？背后是数十亿美元的研发资金]

单计算比例分配，Summit的成本确实超过2亿美元. 似乎并不多. 它可以在中国（甚至在美国）建造超过一公里的地铁.

然而，TESLA V100及其背后的Volta架构凝聚了Nvidia 7,000多名工程师三年多的研发经验，总投资额达30亿美元. IBM的Power 9和整体架构设计的成本也差不多.

IBM女首席执行官Ginni Rometty说: “这是我们最大的成就之一，它是最快，最智能的超级计算机. ”

美国能源部长里克·佩里自豪地表示: “峰会的发布反映了美国在科学创新和技术发展方面的领导地位. 它将对能源研究，科学发现，经济竞争力和国家安全产生深远影响. ”

[停了5年，美国的超级计算又一次超过了中国，但可能只有半年了]

此外，Summit的理论总计算能力为200 PFLOPS，是20亿倍. 但是，由于尚未完全实现理论和的总和，因此尚未宣布实际测量的计算能力.

中国的神威太湖之光，理论能力为125 PFLOPS，实际测量达到93 PFLOPS，效率近75％，已经是一个很高的记录.

美国在全球排名第三和第七. 能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的三位一体测得的效率不到32％. 可以看出，系统架构设计存在问题.

尽管美国可以利用Summit再次回到超级计算机的最高位置，但恐怕这个宝座将无法长期维持下去. 根据中国的最新进展，恐怕到今年年底，中国的超级计算机有望取代它.

大概，中国超级计算的最新发展和应用场景是读者真正关心的话题. 请等待下一篇文章.

凤凰卫视总裁唐唐虎

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