美国重夺超算霸主，GPU提供56%的总算力

在近日举行的ISC会议上，最新Top500榜单公布了。这次，榜单顶部的排名变化较大，美国Summit超级计算机摘得桂冠，中国的神威·太湖之光排名第二。这是自2012年11月以来，美国第一次宣布全球最强大超级计算机，重夺超算霸主地位。但在进入榜单的系统数量方面，中国仍然远超美国。

TOP500是针对全球已知最强大的计算机系统做出排名与详细介绍的项目。此项目始于1993年，今年已经是第25年。TOP500每年公布两次最新的超级计算机排名，一次是在6月份的国际超级计算机大会（ISC），第二次则是在11月份的全球超级计算大会（SC）。

近日举行的ISC会议上，最新一期Top500榜单公布了。这次，榜单顶部的排名变化较大，美国Summit超级计算机摘得桂冠，两个新系统进入前5。这是自2012年11月以来，美国第一次宣布全球最强大超级计算机，重夺超算霸主地位。

Summit超级计算机。来源：橡树岭国家实验室

由IBM总包设计建设，目前在美国能源部（DOE）的橡树岭国家实验室（ORNL）运行的Summit超级计算机，在作为TOP500榜单基准的高性能Linpack（HPL）基准测试中以122.3 petaflops（每秒12.23亿亿次）的性能问鼎榜首。Summit超算有4356个节点，每个节点配备2颗22核的Power9 CPU和6颗NVIDIA Tesla V100 GPU。节点与Mellanox双轨EDR InfiniBand网络连接在一起。

Summit的Linpack测试的理论峰值性能是187.7 petaflops。在Linpack测试中，Summit超算提供122.3 petaflops的性能，计算效率达到65.2％ ——这对新机器来说并不差，而且显然会随着时间的推移而改善。

排名第二的是中国的神威·太湖之光，由国家并行计算机工程技术研究中心（NRCPC）开发，安装在国家超级计算无锡中心。该系统在过去两年里一直名列榜首，自2016年6月上线以来，它的HPL成绩一直保持不变，为93 petaflops。神威·太湖之光在Linpack性能测试中的计算效率达到74.2％，达到93 petaflops的性能的功耗为15.37百万瓦（megawatts），而Summit系统达到122.3 petaflops性能的功耗仅8.81百万瓦。

美国能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室的新系统Sierra排名第三，它的HPL性能是71.6 petaflops。同样由IBM打造的Sierra超算的架构与Summit非常相似，有4320个节点，每个节点均由两颗Power9 CPU和四颗NVIDIA Tesla V100 GPU驱动，并使用相同的Mellanox EDR InfiniBand作为系统互连。

天河二号尽管经过了一次重大升级，用定制的Matrix-2000协处理器取代了5年前的Xeon Phi加速器，但它还是下降了两名，由6个月前的第二名变成第四名。天河二号的新硬件将其HPL性能从33.9 petaflops提高到61.4 petaflops，同时将功耗略微提高了约4％。天河二号由中国国防科技大学（NUDT）开发，部署在国家超级计算广州中心。

AI Bridging Cloud Infrastructure (ABCI)是排名第五的系统，由日本富士通公司制造，它的HPL性能达到19.9 petaflops。ABCI由20核的Xeon Gold处理器和NVIDIA Tesla V100 GPU驱动，安装在日本国家先进工业科学技术研究所(AIST)。

瑞士的Piz Daint (19.6 petaflops)、美国的Titan (17.6 petaflops)、美国的Sequoia (17.2 petaflops)、美国的Trinity (14.1 petaflops)，和美国的 Cori (14.0 petaflops) 分别排第6位至第10位。

TOP500的前10名

TOP500榜单中国超算数量超过美国

接下来我们看看TOP500的一些关键概况。

尽管美国在榜单上的排名靠前，但目前美国在榜单上的系统只有124套，创历史新低。就在6个月前，美国在榜单上的系统还有145套。与此同时，中国进入榜单的系统达到206套，占比41%，6个月前是202套。接着是日本，有36套系统，英国22套，德国21套，法国18套。这些数字与上次的榜单基本相同。

国家超算数量年度变化

不过，主要归功于Summit和Sierra，美国在性能方面从中国手中夺回了领先地位。目前，美国的系统占TOP500系统性能总和的38.2%，中国排在第二位，占29.1%。

今年是第一次TOP500榜单的所有500套系统的总性能超过百亿亿次级别（exaflop），确切地说，已经达到1.22 exaflops。这比去年11月时的 845 petaflops 要高。其中，有273套系统的HPL性能超过1 petaflops，而上次的榜单超过只有181套系统性能超过1 petaflops。

CPU架构Intel Xeon占主导地位，56%的计算来自GPU

就处理器架构而言，Intel Xeon在CPU架构方面占据主导地位。

未来几年，IBM和AMD可能会分别凭借Power和Epyc处理器迎来复兴，而Arm服务器芯片也将从中分得一杯羹。但即便如此，Intel Xeon仍将继续在CPU方面占据主导地位。

在加速器方面，TOP500系统中有110个使用加速器，相比2017年11月时的101个加速系统略有增加。TOP500超算的总体性能有一半来自某种形式的加速系统。这些使用加速器的系统中有96个使用NVIDIA GPU，其中前10名就有5个：Summit，Sierra，ABCI，Piz Daint和Titan。此外，使用加速器的系统中有7个配备了Xeon Phi协处理器，而PEZY加速器被用在4个系统中。另外20个系统使用Xeon Phi作为主处理器。

TOP500的几乎所有超级计算机（97.8％）都由拥有8个或更多内核的主处理器驱动，超过一半（53.2％）的主处理器有超过16个内核。

10G或更快的以太网在247个系统中被使用，比6个月前榜单的228个多。此外，139个系统使用InfiniBand，比上次榜单的163个少。有38个系统使用英特尔的Omni-Path技术，上次的榜单是35个。

TOP500榜单中，56%的计算来自GPU。越来越多的厂商开始谈论“人工智能超级计算机”（AI supercomputers），因为可以加速传统HPC工作负载的CPU-GPU混合架构也可以用于机器学习训练。

自1993年以来，TOP500的总性能、排名第一以及排名500的超算性能变化如下图所示：

另一个变化是，榜单中学术、机密和研究类型的超算有所减少，而用于工业的超算比例增加了：

以下是按系统份额的厂商排名，联系有122套系统上榜，占23.8%，其次是HPE,15.8%(79套系统)，浪潮，13.6%(68套系统)，Cray, 11.2%(56套系统)，曙光, 11%(55套系统)。

尽管IBM拥有前三名超级计算机中的两款：Summit和Sierra，但它在整个榜单中只有19套系统。然而，由于这两台机器，IBM贡献了TOP500总性能的19.9％。接着是Cray，性能份额为16.5％，联想为12.0％，HPE为9.9％。

Green500榜单

最后，我们看一下Green500的榜单。Green500中排名前三的超算都来自日本，它们基于ZettaScaler-2.2架构，使用PEZY-SC2加速器。而前10名中的其他系统都使用NVIDIA GPU。

最高能效的超级计算机仍然日本理研的Shoubu(菖蒲) system B，能效为18.4 gigaflops/watt，在TOP500榜单中排名第362位。

能效排名第二的是位於日本高能加速器研究组织/KEK的Suiren2系统，达到16.8 gigaflops/watt，在TOP500榜单中排名第388位。

Green500的第三名是美国的DGX SaturnV Volta系统，接着是Summit（美国），TSUBAME 3.0（日本），AIST AI Cloud（日本），AI Bridging Cloud Infrastructure（日本），new IBM MareNostrum P9 cluster（西班牙），DOE’s Summit system（美国），以及Wilkes-2（英国）。

作为不依赖任何加速器的最高能效的超级计算机，神威·太湖之光在Green500榜单上排第22位。