??第58屆TOP500榜單前10名中僅有一臺(tái)新系統(tǒng)上榜，為Voyager-EUS2。該系統(tǒng)是Microsoft Azure系統(tǒng)，排名第10位。日本超級(jí)計(jì)算機(jī)Fugaku位居榜首，其他系統(tǒng)排名也與上屆相同，與上屆相比有變化的是第5的系統(tǒng)Perlmutter，性能從之前的64.6Pflop/s提升至70.9Pflop/s。

文章內(nèi)容參考自“《第58屆全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500排名及分析》”和“《第57屆全球超級(jí)計(jì)算機(jī)TOP500排名及分析》”。

1、AIPerf：大規(guī)模人工智能算力基準(zhǔn)測(cè)試程序

2、AI高性能：云邊端硬件部署實(shí)踐

TOP10榜單情況介紹及分析

系統(tǒng)Fugaku保持第一位，擁有7630848個(gè)核心，性能達(dá)到442Pflop/s，為排名第2的Summit（頂點(diǎn)）Linpack性能的3倍。該系統(tǒng)采用富士通定制的ARM A64FX處理器。 Summit（頂點(diǎn)）是美國(guó)田納西州橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）由IBM構(gòu)建系統(tǒng)，它仍然是美國(guó)最快的系統(tǒng)，在 HPL 基準(zhǔn)測(cè)試中的性能為148.8Pflop/s，在全球排名第二。它擁有 4，356 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)Power9CPU，每個(gè)CPU有22個(gè)內(nèi)核，六個(gè)NVIDIA Tesla V100 GPU。這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)Mellanox雙軌 EDR InfiniBand 網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 美國(guó)加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LINL）的? Sierra ?系統(tǒng)排名第3。其架構(gòu)與#2系統(tǒng)Summit非常相似。它由4，320個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具有兩個(gè)Power9CPU和四個(gè)NVIDIA Tesla V100GPU。HPL性能達(dá)到了94.6Pflop/s。

由中國(guó)國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程與技術(shù)研究中心（NRCPC）開(kāi)發(fā)并安裝在中國(guó)江蘇省無(wú)錫國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心的系統(tǒng)神威太湖之光以93Pflop/s排名第四。 Perlmutter為本屆TOP10中新上榜系統(tǒng)，該機(jī)器基于HPE Cray“ Shasta”平臺(tái)，配置AMD EPYC 7763 處理器和NVIDIA A100加速部件，相比上一屆性能有所提升，實(shí)現(xiàn)了70.9 Pflop/s的Linpack性能，依舊排名第5位。 Selene現(xiàn)在排名第6，是美國(guó)NVIDIA內(nèi)部安裝的 NVIDIA DGX A100 SuperPOD。

該系統(tǒng)基于AMD EPYC處理器，采用NVIDIAA100加速，MellanoxHDR InfiniBand作為網(wǎng)絡(luò)互連，實(shí)現(xiàn)了63.4Pflop/s。 由中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)（NUDT）開(kāi)發(fā)并部署在中國(guó)廣州國(guó)家超級(jí)計(jì)算機(jī)中心的系統(tǒng)天河2A（Milky Way-2A）以61.4Pflop/s的性能排名第7，配備英特爾至強(qiáng)處理器和定制的Matrix-2000加速器。 名為“ JUWELS ?Booster ?Module”的系統(tǒng)排名第8。由Atos構(gòu)建的Bull ?Sequana系統(tǒng)安裝在德國(guó)的Forschungszentrum ?Juelich ?（FZJ）。

該系統(tǒng)采用AMD EPYC處理器和NVIDIA A100進(jìn)行加速，并使用網(wǎng)絡(luò)，類(lèi)似于Selene系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是歐洲最強(qiáng)大的系統(tǒng)，性能達(dá)到44.1Pflop/S。 排名第9位的HPC5是戴爾構(gòu)建、意大利Eni S.p.A公司安裝的PowerEdge系統(tǒng)，由于使用NVIDIA TeslaV100作為加速器，使用Mellanox HDR InfiniBand作為網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了35.5 PFlop/s的性能。 微軟的Voyager-EUS2系統(tǒng)新上榜排名第10，性能為30.05Pflop/s，采用48核心的AMD EPYC處理器，配置80GB顯存的NVIDIA A100 GPU加速卡和Mellanox HDR InfiniBand網(wǎng)絡(luò)。

榜單總體分析

中國(guó)系統(tǒng)保有量再居第一，美國(guó)系統(tǒng)裝機(jī)量上升。本屆榜單500臺(tái)系統(tǒng)中，中國(guó)的超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)裝機(jī)數(shù)量為173臺(tái)，占34.6%，位居第一位；美國(guó)其次，系統(tǒng)保有量為149臺(tái)，第三名為日本32臺(tái)。 從近2年榜單來(lái)看系統(tǒng)裝機(jī)量各國(guó)的變化，如圖2，中國(guó)的系統(tǒng)裝機(jī)量2年內(nèi)有減少趨勢(shì)，最高時(shí)為55屆的226臺(tái)美國(guó)的裝機(jī)數(shù)量本屆榜單相比上一屆增加了27臺(tái)。美國(guó)裝機(jī)總性能保持第一，且新上榜系統(tǒng)數(shù)量最多（32臺(tái)）；日本裝機(jī)系統(tǒng)的平均性能因?yàn)镕ugaku繼續(xù)保持第一位。

中國(guó)系統(tǒng)制造商的裝機(jī)總量領(lǐng)先，聯(lián)想居首位500臺(tái)系統(tǒng)中有273臺(tái)系統(tǒng)采用中國(guó)系統(tǒng)制造商的產(chǎn)品，包括了聯(lián)想Lenovo（180臺(tái)）、浪潮Inspur（50臺(tái)）、曙光Sugon（36臺(tái)）、華為Huawei（7臺(tái)），其中聯(lián)想裝機(jī)總量排名眾多廠商第一，美國(guó)的HPE居第二位，裝機(jī)數(shù)量為84臺(tái)。與上一屆相比，中國(guó)的總裝機(jī)數(shù)量有所下降（21臺(tái)）。

英特爾（Intel）繼續(xù)保持TOP500處理器最大供應(yīng)商地位。英特爾繼續(xù)保持著TOP500處理器最大提供商，份額占比從之前的86.40%下降到81.6%；AMD處理器的占比則從9.6%上升至14.6%。在新上榜的70臺(tái)系統(tǒng)中，配備Intel處理器的系統(tǒng)42臺(tái)，高于配備AMD處TOP500系統(tǒng)保有量變化理器的數(shù)量（28臺(tái)），但從總體來(lái)看，安裝Intel處理器的系統(tǒng)數(shù)量已有半年前的459臺(tái)，下滑至現(xiàn)今的408臺(tái)。使用ARM架構(gòu)處理器的系統(tǒng)與上屆相同（5臺(tái)）。

加速卡提升總體性能，NVIDIA成主要加速部件提供商。本屆榜單中151臺(tái)系統(tǒng)使用加速部件/協(xié)處理器技術(shù)，占總份額的30.2%，比6個(gè)月前的147臺(tái)略有增加。其中，84臺(tái)系統(tǒng)使用NVIDIA ?Volta芯片，43臺(tái)使用NVIDIA Ampere， 8臺(tái)使用NVIDIA Pasca， 共計(jì)135臺(tái)。新上榜的70臺(tái)系統(tǒng)中，25臺(tái)系統(tǒng)采用NVIDIA 加速卡技術(shù)，最高排名為第10位的Microsoft Azure系統(tǒng)在TOP100中，34臺(tái)系統(tǒng)采用了加速部件而在TOP10中，80%采用了加速卡來(lái)提升總體性能。 高速以太網(wǎng)為主流互聯(lián)技術(shù)，InfiniBand互聯(lián)系統(tǒng)總性能最高。在超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，高速以太網(wǎng)是目前采用最多的互聯(lián)技術(shù)，500臺(tái)系統(tǒng)中有242臺(tái)系統(tǒng)采用此種方式互聯(lián)，占比為48.4%；而InfiniBand互聯(lián)則助力更大規(guī)模超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)，178臺(tái)系統(tǒng)提供了總體性能的44.5%，且在前100名系統(tǒng)中，61臺(tái)系統(tǒng)采用InfiniBand互聯(lián)。

超算正向著基于大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）的“ 數(shù)據(jù)密集型科學(xué)”演進(jìn)。近年，超算應(yīng)用不再僅限于建模和計(jì)算仿真等傳統(tǒng)的科學(xué)和工程計(jì)算業(yè)務(wù)，涌現(xiàn)出新的數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等，要求更多的HPC資源來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的工作負(fù)載和新型用戶。隨著要處理的數(shù)據(jù)量的暴增，高性能計(jì)算正從以計(jì)算為核心向以數(shù)據(jù)為核心的計(jì)算演進(jìn)，數(shù)據(jù)密集型超算成為未來(lái)發(fā)展的主流方向之一。近幾年的戈登貝爾獎(jiǎng)的應(yīng)用趨勢(shì)也彰顯出，人工智能+大數(shù)據(jù)+超算的融合正成為主流趨勢(shì)。 2021年HPC ?China學(xué)術(shù)年會(huì)公布了最新的國(guó)內(nèi)TOP100榜單中，新增“算力服務(wù)“（以算力為資源向用戶提供計(jì)算服務(wù)）領(lǐng)域，占據(jù)系統(tǒng)份額為46%，其次是超算中心占24%、人工智能應(yīng)用占9%。此外，100臺(tái)系統(tǒng)中有一批實(shí)現(xiàn)商業(yè)化轉(zhuǎn)型的超算系統(tǒng)上榜，以超級(jí)云計(jì)算服務(wù)的模式向用戶提供算力。

文章小結(jié)

本屆榜單E級(jí)計(jì)算系統(tǒng)仍未出現(xiàn)，日本的Fugaku 富岳從55屆上榜以來(lái)繼續(xù)保持第一位。處理器和加速部件/協(xié)處理器方面仍是Intel和NVIDIA占據(jù)主要份額；約半數(shù)系統(tǒng)采用高速以太網(wǎng)互聯(lián)，但I(xiàn)nfiniBand 仍為性能高的系統(tǒng)采用的主要互聯(lián)技術(shù)；中國(guó)保持著裝機(jī)量領(lǐng)先的地位，中國(guó)的聯(lián)想成為超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)的最大供應(yīng)商，美國(guó)的裝機(jī)總性能保持第一，日本的平均性能為最高。新興技術(shù)（大數(shù)據(jù)、人工智能）與傳統(tǒng)高性能計(jì)算的融合，推動(dòng)著該行業(yè)的多元化發(fā)展，從科學(xué)型（計(jì)算為主）的應(yīng)用向計(jì)算+數(shù)據(jù)型應(yīng)用的演進(jìn)。

編輯：黃飛

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