時(shí)隔5年后，美國暫時(shí)奪回了世界超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的頭把交椅。

美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月8日，美國能源部下屬橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室宣布，他們研發(fā)出的超級(jí)計(jì)算機(jī)“頂點(diǎn)”（Summit），浮點(diǎn)運(yùn)算速度峰值可達(dá)每秒20億億次，接近“神威·太湖之光”超級(jí)計(jì)算機(jī)的兩倍。據(jù)悉，這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)由IBM公司負(fù)責(zé)制造，搭載了近28000塊英偉達(dá)GPU，逾9000個(gè)IBM傳統(tǒng)處理器的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

GPU即圖像處理器。理解 GPU 和 CPU 之間區(qū)別的一種簡單方式是比較它們?nèi)绾翁幚砣蝿?wù)。CPU 由專為順序串行處理而優(yōu)化的幾個(gè)核心組成，而 GPU 則擁有一個(gè)由數(shù)以千計(jì)的更小、更高效的核心（專為同時(shí)處理多重任務(wù)而設(shè)計(jì)）組成的大規(guī)模并行計(jì)算架構(gòu)。這次英偉達(dá)提供的GPU為“頂點(diǎn)”提供了95%的計(jì)算力。

“頂點(diǎn)”超級(jí)計(jì)算機(jī)

自2013年6月中國超級(jí)計(jì)算機(jī)首次成為最強(qiáng)超算之后，美國就不再擁有世界上最強(qiáng)大的超算。全球超算TOP500組織的超級(jí)計(jì)算機(jī)官方排名將在本月底更新，“頂點(diǎn)”有望結(jié)束這一局面。

雖然超級(jí)計(jì)算機(jī)在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)中心時(shí)代略微失色，但是很多棘手的計(jì)算問題還是需要大型機(jī)器。去年美國政府的一份報(bào)告中稱，美國應(yīng)該在超級(jí)計(jì)算上投入更多，以在核武器和高超音速飛機(jī)等國防項(xiàng)目，航空航天工業(yè)、石油開采和制藥業(yè)的商業(yè)創(chuàng)新方面趕上中國。

美國能源部長里克·佩里推特截圖

美國能源部長里克·佩里認(rèn)為，“頂點(diǎn)”超算將給能源研究、科學(xué)發(fā)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)競爭力和國家安全帶來深遠(yuǎn)影響。

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）成立于1943年，最初是作為美國曼哈頓計(jì)劃的一部分，以生產(chǎn)和分離鈾和钚為主要目的建造的，原稱克林頓實(shí)驗(yàn)室。他們的使命是攻克美國當(dāng)下面臨的最嚴(yán)峻的科學(xué)難題，并且開發(fā)新技術(shù)，為人類創(chuàng)造更加美好的生活，保護(hù)人類。

27648塊英偉達(dá)GPU+9000個(gè)IBM傳統(tǒng)處理器

根據(jù)橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室公布的數(shù)據(jù)，“頂點(diǎn)”占地面積相當(dāng)于兩個(gè)網(wǎng)球場大小，其循環(huán)系統(tǒng)每分鐘需要消耗4000加侖（約等于15142升）水來使37000個(gè)處理器降溫。利用評(píng)估超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)度量的結(jié)果顯示，“頂點(diǎn)”的浮點(diǎn)運(yùn)算速度可達(dá)20億億次每秒。這比美國此前制造的超級(jí)計(jì)算機(jī)“Titan”的速度快了100倍。

IBM公司CEO、美國能源部長里克·佩里、英偉達(dá)CEO

而“頂點(diǎn)”超強(qiáng)的計(jì)算機(jī)力有95%來自英偉達(dá)為其提供的GPU，即搭載了27648塊Tensor Core的英偉達(dá)Volta圖形處理器，可以讓“頂點(diǎn)”進(jìn)行每秒超30億億次（3.3 exaops）的混合精密計(jì)算。

伊利諾伊大學(xué)香檳分校、美國國家超級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心的研究員Eliu Huerta將“頂點(diǎn)”巨大的 GPU 池形容為“就像夢境一樣”。

GPU即圖像處理器，它與一般計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU）不同之處在于：CPU由專為順序串行處理而優(yōu)化的幾個(gè)核心組成，而GPU則擁有一個(gè)由數(shù)以千計(jì)的更小、更高效的核心（專為同時(shí)處理多重任務(wù)而設(shè)計(jì)）組成的大規(guī)模并行計(jì)算架構(gòu)。

“頂點(diǎn)”超級(jí)計(jì)算機(jī)服務(wù)器內(nèi)部圖示

數(shù)年前，有研究人員發(fā)現(xiàn)圖形處理器的并行運(yùn)行能力，非常適合運(yùn)行深度學(xué)習(xí)算法。英偉達(dá)也正是借著人工智能的浪潮，推出GPU，迅速占領(lǐng)了市場，甚至影響到了英特爾在計(jì)算機(jī)芯片市場里的地位。橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Thomas Zacharia表示，如此大規(guī)模的GPU使用對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)來并不常見，它有助于機(jī)器學(xué)習(xí)在解決科學(xué)難題方面做出突破。除了有英偉達(dá)的GPU的幫助外，IBM提供的超過9000個(gè)傳統(tǒng)處理器也功不可沒。

“頂點(diǎn)”成為尖端科學(xué)家的“游樂場”

“頂點(diǎn)”超強(qiáng)的計(jì)算威力，也讓科學(xué)家們相信它能在未來創(chuàng)造奇跡。

“頂點(diǎn)”超級(jí)計(jì)算機(jī)外觀

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為尖端科學(xué)家的“游樂場”，許多高校的科學(xué)家們迫切希望利用這臺(tái)計(jì)算機(jī)完成此前不可能完成的任務(wù)。

Huerta就表示，他希望“頂點(diǎn)”能夠幫助分析每晚從“大型綜合巡天望遠(yuǎn)鏡”得到的大約15TB 圖像。

據(jù)橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的介紹，“頂點(diǎn)”接下去的“行程”安排十分密集，已經(jīng)排上日程的項(xiàng)目有：

一是癌癥研究。美國能源部和美國國家癌癥研究正在做一個(gè)癌癥分布式學(xué)習(xí)環(huán)境的項(xiàng)目。他們的目標(biāo)是開發(fā)研究工具，可以自動(dòng)提取、分析和分類健康數(shù)據(jù)，以揭示隱藏疾病因素之間的關(guān)系，如基因，生物標(biāo)志物和環(huán)境。

二是聚變能研究。聚變能長期以來一直是清潔、能量豐富的能源代表。科學(xué)家們一直希望能夠模擬聚變反應(yīng)堆及其磁約束等離子體，加快商業(yè)發(fā)展。

三是疾病和成癮性研究。這項(xiàng)研究中，研究者將使用人工智能來識(shí)別人類蛋白質(zhì)和細(xì)胞系統(tǒng)的功能和進(jìn)化模式。這些模式可以幫助我們更好地了解阿爾茨海默氏癥、心臟病或成癮，并告知藥物發(fā)現(xiàn)過程。

除了上述的項(xiàng)目外，“頂點(diǎn)”還能在化學(xué)和生物學(xué)問題上給予更多的幫助。

Zacharia認(rèn)為，這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)可以使用來自2200萬退伍軍人的醫(yī)療記錄為美國能源部項(xiàng)目做出貢獻(xiàn)，其中包括約 25 萬全基因組序列。

“頂點(diǎn)”能為人工智能（AI）和科學(xué)發(fā)現(xiàn)的整合提供了前所未有的機(jī)會(huì)，使研究人員能夠?qū)C(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)應(yīng)用到人類健康、高能物理、材料探索等領(lǐng)域的問題研究上。

5個(gè)關(guān)于“頂點(diǎn)”超級(jí)計(jì)算機(jī)的事實(shí)

1.20億億次浮點(diǎn)運(yùn)算：這意味著如果地球上每個(gè)人做一次一秒的計(jì)算，那么需要花費(fèi)1年的時(shí)間，才能達(dá)到“頂點(diǎn)”一秒的計(jì)算量。

2.30億億次混合精密計(jì)算：這意味著如果地球上的每個(gè)人做一次一秒的計(jì)算，那么需要花費(fèi)15年時(shí)間，才能達(dá)到“頂點(diǎn)”一秒的計(jì)算量。

3.在早期的測試中，一個(gè)基因研究組利用“頂點(diǎn)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，花費(fèi)了1個(gè)小時(shí)解決了問題，但如果將這個(gè)問題放在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，可能需要30年時(shí)間。

4.“頂點(diǎn)”的占地面積相當(dāng)于2個(gè)網(wǎng)球場大小。

5.“頂?shù)住钡闹亓肯喈?dāng)于一架商業(yè)噴氣機(jī)的重量。