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美国超级计算机超越中国神威 重返全球超算“霸主”

原标题:美国重返全球超算“霸主”之位:IBM助力全新超级计算机超越中国神威,专为AI时代而生

近年来中国 AI 风潮的兴起,以及包含寒武纪、神威架构等多种计算核心的发展带动之下,成功推动领先全球的超算架构发展,同时也代表算力核心的部分也逐渐摆脱美国供货商的限制,走向自有化。

而寒武纪在 5 月发布的 MLU100 及 MLU200 更可说是完全针对云端 AI 计算的需求而推出,二者都基于 TSMC 16nm 工艺打造,以 PCIE 板卡形式呈现,这是寒武纪推出的云端市场的专用产品。

这两颗芯片都同时支持推理和训练,其中 MLU100 偏重推理,将面向数据中心和中小型服务器,而 MLU200 偏重训练,将面向企业级人工智能研发中心。而随着这两个全新架构的推出,寒武纪也宣示通过其与中科曙光的合作,正式在国家级超算计算中推动真正自有的 AI 计算核心,而不是像过去必须依靠外来架构。

美国在相关技术发展的压力之下,虽然也同步推动更先进超算中心的建立,每年花费大笔预算在发展超算相关技术,但总是被中国和日本等国家领先一步。

图丨IBM Power 9处理器图丨IBM Power 9处理器

Summit 中采用的 IBM Power 9 架构,可以说是完全针对 NVIDIA 的 GPU 架构优化而来,其采用的 NVLINK 2.0 规格可带来高达 300GB/s 的带宽表现,很大程度上解决了数据传输过程的瓶颈,且因为 NVLIN 支持了缓存一致性设计,也同时能够有效提升 GPU 的计算性能。

然而 Power 架构的优势还不止于此,根据官方资料,IBM Power 9 的最大 I/O 带宽是 Intel x86 处理器的 9.5 倍,可支持内存容量是 2.6 倍,高效能核心数量为 x86 的 2 倍,内存带宽则是 x86 的 1.8 倍。更重要的是,通过 NVLINK 2.0,CPU 与 GPU 之间的互连带宽达到 X86 服务器目前使用的 PCIe 3.0 的 9 倍,大大舒缓了 GPU 等待数据传输所造成的计算能力浪费。

Power 9 也不是指针对了 NVIDIA 的计算架构作优化,事实上,它针对的是所有平台,包括 AMD、Xilinx,以及其他 AI 计算方案:IBM 与 AMD、ARM、华为等公司合作组件 CCIX 联盟,推出集成了 CCIX 技术,为 Power 9 提供带宽更高的总线加速器,就架构定义上来看,可以当作开放规格的 NVLINK,其最高带宽表现也相近,IBM 也为此总线技术取名为 BlueLINK,以作为和 NVLINK 的区分。

另外,IBM 也针对 Power 9 环境推出了分布式深度学习软件 (Distributed Deep Learning;DDL),可以让处理器的 100% 扩容得到 95% 的效率增长,相较起一般公司,比如说 Facebook 的 89% 扩容效率明显高出不少。

IBM Power 计算架构向世界展示了它的强大,而相较英特尔为主的 X86 体系逐渐走向封闭,其在支持 NVLINK 之类的独家规格的同时,也和其他计算架构供货商合作推出了基于 CCIX 界面的 BlueLINK 开放架构,其欲取代 X86 成为 AI 计算领域通用平台的的意图非常明显。

另一方面,虽然面对寒武纪等专用 AI 计算芯片在超算领域的挑战,NVIDIA 也借此宣示 GPU 计算仍有其优势存在。

Summit 不仅代表美国重夺超算话语权的决心,也成功让 IBM Power 架构取代英特尔的 Xeon,重回超算领头地位,同时通过 IBM Power 9 的架构优势,让 GPU 计算的性能表现得以再往上提升。

不过美国虽然借 Summit 重回超算榜首地位,但这个宝座恐怕坐不了多久,毕竟在 Summit 推出的同时,中国和日本等国家的超算计划也都分别往前推进了不少,下半年恐怕就会被取而代之。

虽然Summit把算力推向另一个高峰,但接下来的几年才是超算领域真正的重头戏,全球的科技强国都会开始向号称“超级计算机界的下一顶皇冠”的 E 级超算全力进攻。E级超算是指每秒可进行百亿亿次数学运算的超级计算机,它在解决能源危机、污染和气候变化等人类共同面临的重大问题上将发挥超越以往的巨大作用。

就目前的发展情况来看,2020年或许将会成为这一重大突破实现的关键节点。例如在中国,就有中科曙光、国防科技大学以及江南计算技术研究所齐头并进,同时获批牵头E级超算的原型系统研制项目。今年 5 月 17 日在天津举办的第二届世界智能大会上,国家超算天津中心就对外首次展示了可以达到“E级超算”水平的“天河三号”的原型机。

而在其他国家,E 级超算也都有相应进展,美国阿贡国家实验室计划在 2021 年完成美国首台 E 级超级计算机 A21 的建设,Intel 和 Cray 公司也会参与到 A21 的研制之中。而日本的E级超算可能会在 2021 或 2022 年发布,欧盟也计划在2021 年实现 E 级计算的突破。  

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