亲爱的数据|超级计算机与人工智能：大国超算，无人领航( 三 )
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美国 ， 原计划第一台E级机Aurora将在2021上半年完成 ， 持续性能将达到1EFlops（每秒百亿亿次） 。 后续的Frontier和El Capitan将在2021-2023年完成 。 从目前看 ， 美国第一台E级机有可能提前到2020年底前问世 。日本 ， 对E级计算雄心勃勃 ， 2020年6月 ， 日本的超级计算机“富岳”成为世界上运算速度最快的计算机 。这是时隔九年之后 ， 日本超级计算机重登TOP500榜首 。
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日本富岳的运算速度超过美国Summit ，峰值速度达到513.85PFlops/s ，Linpack效率达到80.8% 。为了研制富岳系统 ， 日本富士通公司专门开发了新型ARM处理器 ， 扩展了512位的向量部件 ， 支持8位整数运算和多种字长的浮点运算 ， 适应人工智能应用需求 。 内存采用HBM2 ， 访存带宽与计算能力之比高达0.4 ， 这是日本超级计算机系统的特点 。系统能效有很大的改进 ， 但功耗还是达到28.33MW ， 仍有改进空间 。
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欧盟 ， 计划在2023年左右建立E级计算基础设施 ， 装备3台左右E级计算机 。在目前的欧洲先进计算合作伙伴计划（PRACE）的基础上发展 ， 旨在为欧洲地区科研机构提供具有世界级水平的高性能计算服务 。欧洲 ， 现在提出要研发自己的处理器 ， 由Atos公司牵头自研处理器 。另外 ， 欧洲非常重视开源处理器架构RISC-V ， 在欧盟支持下 ， 依托巴塞罗那超算建立欧洲开放计算机体系结构实验室（LOCA） 。虽然 ， 欧洲在超级计算机的硬件制造方面比美国和日本滞后 ， 但是 ， 欧洲高性能计算基础研究和应用基础好 ， 在新的计算模型、语言、算法 ， 大规模数值模拟等方面很有特色 。中国 ， “十三五”重点研发专项把研制依托于自主可控技术的E级计算机研发领域并行应用软件和研发国家高性能计算环境作为其目标 ， 要突破E级计算关键技术 ， 使高性能计算在关键领域得到应用 ， 并进一步推动国家高性能计算环境的服务化建设 。那么 ， 这一新形势下有哪些挑战？2015年4月 ， 美国对中国国防科技大学及其相关国家超算中心实施禁运 。时至今日 ， 美国已经把中国主要的超级计算机研制单位全部列入“实体名单” ， 实施禁运和封锁 。在严峻的国际环境下 ， E级和后E级计算面临重大技术挑战 ， 主要包括： 降低系统功耗、提高应用性能、改善可编程性、提高系统可靠性等 。面对这些挑战 ， 需要体系结构的创新 ， 关键技术的突破和软件硬件的协同 。在超级计算方面 ， 我国要解决一系列卡脖子问题 。在高性能计算硬件方面 ， 比如： 高性能处理器和加速器、内存芯片（特别是3D内存）、新型存储系统\器件（例如非易失存储器件NVM）、高速互连网、光传输和光交换器件、IC设计EDA软件、先进的芯片制造工艺等 。在高性能计算应用软件方面 ， 目前大部分工程计算软件依赖进口 ， 更大的问题在于 ， 基于国产处理器的超级计算机上的系统软件和应用软件怎么解决 。那么 ， 在超级计算E级时代 ， 要重视哪些问题？发展E级计算需要解决诸多技术难题 。第一要重视体系结构 。 上世纪八十年代是体系结构研究的黄金年代 ， 出现了RISC、超标量处理器、多层次缓存、预期执行、编译优化等一大批体系结构创新 ， 使计算机性能每年提升60% 。我们希望体系结构研究再次迎来“百花齐放、百家争鸣”的局面 ， 使超级计算机从以规模取胜的“恐龙”式系统 ， 向灵巧、节能、应用高效的“哺乳动物”式系统发展 。计算机体系结构有几个基本问题 。 例如 ，冯诺依曼结构如何适应大规模的并行执行？ 问题的求解模型如何和计算机的体系结构相匹配？ 计算能力如何和访存能力相匹配？ 这些都是体系结构需要考虑的基本问题 。到目前为止 ， 没有一种体系结构能够覆盖所有应用的需求 ， 通用与专用始终是长期争论的问题 。 未来的超级计算机可能会出现多样化、灵巧化、专用化的局面 ， 通专结合是重要手段 。风物长宜放眼量 。高性能计算方向重点研发专项的使命和愿景 ， 是研制新一代高性能计算机及其应用系统 ， 使算力得到大幅提升 ， 以满足国家创新发展的战略需求 。两个重点的考量分别是 ， 研发“新一代高性能计算系统及其应用”和“带动自主可控基础软硬件技术与产业的跨越式发展” 。回首20年发展 ， 始终强调机器、应用和环境的协同发展 。未来 ， 仍将坚持这一路线 ， 并聚焦三大任务： 任务一、新一代高性能计算机系统的研发 。任务二、高性能计算机应用关键技术和领域应用软件的研发 。任务三、依托国家超算基础设施的领域应用平台研发 。考虑如何使算力成为国家新型基础设施 ， 真正把计算能力像水电一样便捷地提供给用户？ 建立“超算互联网”的思路被置诸案头 。04.东临碣石 ， 以观沧海 。超算变革 ， 前所未有 。“E级计算机将是世界上最大的深度学习平台 ， 研究E级计算机一定要从机器学习的负载特征中获得需求信息 ， 人工智能可能是中国在超算上弯道超车的一条途径 。 ”中国计算机学会高性能计算专委会秘书长 ， 张云泉在采访中告诉我： “从2019年中国HPC TOP100行业应用领域机器系统份额图来看 ， 大数据/机器学习占11% ， 互联网/云计算占34% ， 短视频占5% ， 三者加起来已达50% 。 ” “这说明了超算的新应用的崛起 。 ”
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