周末最大的科技新聞,，應(yīng)該是美國超級計算機重奪世界第一，速度超過了中國“神威”60%,。
筆者也正好借此機會向公眾介紹一下超級計算機領(lǐng)域激烈的中美競爭,。而且這應(yīng)該是真正最完整和最通俗的解讀了。
【美國已經(jīng)落后甚至被甩開了5年】
這將是自2013年6月以來,，美國首次登上超級計算機的榜首,，當(dāng)時它被中國廣州的天河二號奪去了第一名。到2016年,，中國無錫的神威-太湖之光,，又以3倍的優(yōu)勢大幅度刷新記錄，繼續(xù)為中國把持著榜單首位,。
在上一輪,，也就是去年年底的全球超級計算機TOP500排行上，美國的最高排位已經(jīng)被瑞士和日本擠到了第五位,。
而在TOP500總榜單中,，中國系統(tǒng)總數(shù)為202臺，占比超過四成位居第一,。美國只剩143臺,。中國在總體算力上也超過了美國。在TOP500的總算力中,，中國占了35.4％,，美國只有29.6％。
再往下的國家數(shù)字就很少了,，日本35臺,，德國20臺，法國18臺,，英國15臺……這就是當(dāng)今全球頂尖科技與商業(yè)的競逐寫照：只有中美兩個大玩家,。
【請不要再用人手去類比了——G的十億級領(lǐng)域】
在進一步介紹之前,，很有必要科普衡量現(xiàn)代計算機性能的基本專業(yè)參數(shù)——每秒浮點運算次數(shù)（英文縮寫：FLOPS）。否則,，一味地還在采用“相當(dāng)于全球70億人手按多少百億年計算器”,，實在既不直觀，也難比較,。
從鼻祖ENIAC的300 FLOPS開始,，計算機開始了指數(shù)化發(fā)展的歷程。在英文詞匯與縮寫里,，K是千,，10的3次方,；M是百萬,，10的6次方；G是十億,，10的9次方,，以此進位。
在超級計算機（簡稱超算）首次被中國媒體報道的80年代中期,，超級計算機的速度是1 GFLOPS量級,，也就是每秒十億次浮點運算。
1983年中國造出第一臺銀河一號巨型計算機,，每秒運算一億次以上,，也就是0.1GFLOPS。而當(dāng)年全球最快的美國克雷,，則是八億次,，也就是0.8GFLOPS。
放在今天,，這性能大概連塊電子表都不如,。
【千倍性能的超算，過十幾年就還不如個人玩具——T的萬億級領(lǐng)域】
十五年后,，到了90年代末期,，個人電腦上的CPU開始出現(xiàn)1 GFLOPS的能力，而此時全球最快的超級計算機,，性能已達到了1 TFLOPS以上——T是一萬億,，10的12次方。
因此個人電腦與同時代專業(yè)超算的差距,，是1000倍,。
而再過十五年，2014年的個人電腦CPU就有0.6 TFLOPS的能力,，現(xiàn)在2018年的頂級手機CPU,，也具備了同樣的水準(zhǔn),。
絕大部分人都不會意識到，手上小小的智能手機,，竟然堪比20年前極其龐大笨重的全球最強超算,，而且體積重量也縮小了1000倍。
否則,，還怎么玩微信,、刷視頻、打游戲,，以及實時美顏,？那都是以接近T級的計算能力，實時算出來的,！
信息科技的指數(shù)化發(fā)展,，創(chuàng)造了無與倫比的爆炸式進步，也推動了無法想象的社會形態(tài)變革,。
所以TFLOPS（萬億）,，才應(yīng)該是討論現(xiàn)代計算機的起點。否則,，數(shù)據(jù)后面所列的〇和億太多,，實在超出了普通人的理解力和想象力，也脫離當(dāng)下的發(fā)展現(xiàn)實,。
【同樣的,，專業(yè)超算要保持比個人玩具強1000倍——P的千萬億級領(lǐng)域】
而主要用于游戲的顯卡，由于幾百個運算單元并行處理的特性,，性能增長還高出一個數(shù)量級,。
以目前市場上最熱銷、最主流的NVIDIA GTX 1060游戲顯卡為例,，它的成品價格是2000多元人民幣,，游戲單精度計算能力是4.4 TFLOPS，比傳統(tǒng)CPU高了約10倍,。
再往上,，目前NVIDIA最新的頂級顯卡Titan V達到了15 TFLOPS，是GTX 1060的三倍多,，當(dāng)然,，售價也達到了兩萬多元。
而當(dāng)TFLOPS再增長1000倍,，就是PFLOPS（千萬億）,。這才是當(dāng)今專業(yè)超算的能力范疇——實際1個PFLOPS能力的超算，在去年底的榜單上，能排在全球183位,。
【美國怎么奪回冠軍的：等了整整3年】
為了奪回被中國占據(jù)的最快超算王座,，早在2015年，IBM和NVIDIA就接下了美國政府的訂單,，要為掌管研制核武器的美國能源部所屬的橡樹嶺國家實驗室,、勞倫斯利福摩爾國家實驗室，分別打造20億億次和15億億次,，也就是200 FLOPS和150 PFLOPS的超算,。
兩臺超算分別命名為Summit和Sierra，總耗資約3.8億美元,。但一直要到2017年底,，兩家公司研制出相關(guān)核心芯片之后，才能轉(zhuǎn)換為工程現(xiàn)實,。
橡樹嶺國家實驗室名為“頂點”（Summit）的超算,，使用了4608個計算服務(wù)器節(jié)點，每個節(jié)點含有2個IBM的Power 9處理器（CPU）和6個NVIDIA（英偉達）公司生產(chǎn)的Tesla V100圖形處理單元加速器（GPU）,，以及512 GB的DDR4 內(nèi)存,。采用效率更高的水冷散熱。
NVIDIA的Tesla V100,，采用臺積電12納米工藝制造，集成了210億個晶體管,，外圍是32 GB內(nèi)存,。每個售價9000美元。
Tesla V100和民用頂級顯卡Titan V同為Volta 架構(gòu),，但考慮穩(wěn)定性頻率略低,，理論計算能力為單精度14 TFLOPS，但科學(xué)計算都用雙精度模式,，為7 TFLOPS,。
GPU接管了大部分的工作負(fù)載，但CPU仍然是數(shù)據(jù)處理的中心,。IBM的POWER9,，采用格羅方德（原AMD的制造部分）的14納米工藝制造，集成了擁有80億個晶體管,。具有24核96個線程,，實際使用22核。每顆售價6000美元起,。
這樣,，單個節(jié)點擁有6塊雙精度7 TFLOPS的V100，理論計算能力就超過42 TFLOPS,。4608個節(jié)點合起來,，就是20萬個TFLOPS,，200個PFLOPS——用中文說就是20億億次。
這相當(dāng)于個人電腦中高端游戲顯卡的9萬倍,，主流CPU的90萬倍,。也比美國目前排名世界第五的的最強系統(tǒng)‘泰坦’（Titan）強8倍。
當(dāng)然,，比起個人電腦,，一要解決大規(guī)模集成與互聯(lián)并行計算，二要解決超大數(shù)據(jù)量吞吐與節(jié)點間交換,，三要追求更高的效率和更高的功耗比,，這就需要最先進的配件。
【只花了2億美元,？背后是幾十億美元的研制經(jīng)費】
單算比例分?jǐn)?，Summit的造價的確是2億美元出頭，看似并不多,，在中國也就能修一公里多地鐵,，在美國連毛都不算。
但是,，光TESLA V100及其背后的Volta 架構(gòu),，就凝聚了Nvidia 7000 多名工程師超過3 年的研發(fā)，投入資金達30 億美元,。IBM的Power 9以及總體架構(gòu)設(shè)計也要花差不多同樣的錢,。
IBM的女CEO羅睿蘭（Ginni Rometty）表示：“這是我們最大的成就之一，它是最快,、最智能的超級計算機,。”
美國能源部長里克?佩里自豪地表示：“Summit的發(fā)布體現(xiàn)了美國在科學(xué)創(chuàng)新和技術(shù)開發(fā)方面的領(lǐng)導(dǎo)實力,。它將對能源研究,、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、經(jīng)濟競爭力和國家安全有深遠影響,?！?/p>
【憋了5年美國超算重新超越中國，但也許只能秀半年】
另外,，Summit的理論總計算能力是200 PFLOPS,，也就是20億億次。但實測的真實計算能力還未公布,，因為理論加總的總和本無法全部兌現(xiàn),。
中國的神威-太湖之光，理論能力125 PFLOPS，實測對兌現(xiàn)了93 PFLOPS,，效率近75%,，已經(jīng)是很高的記錄了。
美國之前排名第三,、全球第七,，能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Trinity，實測效率不到32%,?？梢娤到y(tǒng)架構(gòu)設(shè)計有問題。
美國雖然能借Summit 重回超算榜首地位,，但這個寶座恐怕坐不了多久,，根據(jù)中國最新的進展，恐怕到年底,，中國超算就有望重新取而代之,。
想必，中國超算的最新進展及其應(yīng)用場景,，才是廣大讀者真正更關(guān)心的話題,。請待下篇。