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日前，有媒體發(fā)布了《除了圓珠筆頭，中國(guó)還有哪些核心技術(shù)沒(méi)掌握？答案令人震驚……》一文，并在網(wǎng)絡(luò)上廣泛傳播。文章中介紹了很多中國(guó)在諸多科技領(lǐng)域的短板，說(shuō)明了在精密儀器、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域中國(guó)依然和國(guó)際頂尖水平有較大差距。但文章存在一些明顯的謬誤，比如介紹了幾項(xiàng)有關(guān)超算的內(nèi)容，但這幾項(xiàng)技術(shù)卻并非中國(guó)還未掌握的核心技術(shù)。
日本在 CPU+GPU 異構(gòu)式超算方面技術(shù)成果非常有限
《除了圓珠筆頭，中國(guó)還有哪些核心技術(shù)沒(méi)掌握？答案令人震驚……》一文中稱(chēng)：
“cpu/gpu 異構(gòu)式超算系統(tǒng)的提倡者兼此平臺(tái)程序軟件的先驅(qū)開(kāi)發(fā)者，超級(jí)計(jì)算機(jī)界最高峰學(xué)術(shù)賞 sidney fernbach award 的新科得主——東京工業(yè)大學(xué)全球科學(xué)信息計(jì)算中心 prof.satoshi matsuoka；隨著后續(xù)軟體資源的快速配套和并行集群計(jì)算技術(shù)的加速發(fā)展，cpu/gpu 異構(gòu)式超算已經(jīng)成為整個(gè) hpc 界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)體系，從最早的 tsubame1.2 到連續(xù) green500 測(cè)試頭名的 tsubame-kfc，目前全球幾乎所有高性能超算系統(tǒng)都是此架構(gòu)的支持者，matsuoka 博士也因此獲得了象征超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域個(gè)人最高榮譽(yù)的 sidney fernbach award”
拋開(kāi)文章中非常拗口的表達(dá)方式不談，該文章中的內(nèi)容很容易誤導(dǎo)讀者，以為日本在 cpu/gpu 異構(gòu)式超算方面有很高的成就。那么，實(shí)際情況又是怎么樣呢？
CPU+GPU 異構(gòu)式超算系統(tǒng)僅僅是異構(gòu)式超算系統(tǒng)的一個(gè)選項(xiàng)，而日本 matsuoka 博士是 CPU+GPU 異構(gòu)式超算系統(tǒng)的提倡者，而之后的完善和實(shí)現(xiàn)是全球眾多工程師、公司合力的結(jié)果，比如中國(guó)國(guó)防科大、美國(guó)英偉達(dá)公司等都參與其中。
就 CPU+GPU 異構(gòu)式超算的技術(shù)成果來(lái)說(shuō)，中國(guó)有天河 1A，美國(guó)有泰坦。相比之下，日本在 CPU+GPU 異構(gòu)式超算方面卻沒(méi)有性能與泰坦相似的 CPU+GPU 異構(gòu)式超算系統(tǒng)，根本沒(méi)能建成哪怕一臺(tái)性能達(dá)到神威太湖之光十分之一的 cpu/gpu 異構(gòu)式超算。即便是日本最新建的超算 Oakforest-PACS，也使用的是 Intel 的眾核加速器，而非美國(guó)英偉達(dá)公司的 GPGPU。
日本新超算 Oakforest-PACS
CPU+GPU 異構(gòu)式超算并非高不可攀
異構(gòu)計(jì)算要使用不同類(lèi)型的處理器來(lái)處理不同類(lèi)型的計(jì)算任務(wù)。常見(jiàn)的計(jì)算單元包括 CPU、GPGPU、GPDSP、ASIC、FPGA 和其它類(lèi)型的眾核處理器等。采用異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的超算會(huì)使用至少 2 種類(lèi)型的處理器，其中異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)中通用 CPU 負(fù)責(zé)邏輯復(fù)雜的調(diào)度和串行任務(wù)，加速器負(fù)責(zé)并行度高的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算加速。
具體來(lái)說(shuō)，采用異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)的超算在運(yùn)算中既使用處理器，又使用 GPU 或眾核芯片等加速器。中國(guó)天河 2 號(hào)、美國(guó)泰坦都采用異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)。
而根據(jù)使用的加速器不同，異構(gòu)超算也有多種類(lèi)型。
比如美國(guó)超算泰坦、中國(guó)的天河 1A，就是 CPU+GPGPU。
中國(guó)超算天河 2 號(hào)就是 CPU+眾核處理器。
中國(guó)天河 2A 超算則是 CPU+GPDSP。由于美國(guó)對(duì)中國(guó)四家超算中心禁售 Intel 至強(qiáng) PHI 計(jì)算卡，升級(jí)之后的天河 2A 采用自主研發(fā)的矩陣 2000 來(lái)替代 Intel 的計(jì)算卡，在更換加速器之后，變成了 CPU+GPDSP，這是全球首創(chuàng)。
此外，也可以直接使用經(jīng)過(guò)有著特殊設(shè)計(jì)的眾核芯片，比如神威太湖之光，這也是全球首創(chuàng)，國(guó)外間諜對(duì)中國(guó)這款眾核芯片非常感興趣。原因就在于這款眾核芯片憑借設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性，以落后美國(guó) Intel 公司 2 代的制造工藝，實(shí)現(xiàn)了與美國(guó) Intel 公司最先進(jìn)計(jì)算卡相似的性能。
從中可以看出，CPU+GPU 異構(gòu)體系只是異構(gòu)超算體系的一個(gè)選項(xiàng)，而非什么高不可攀的黑科技。而且無(wú)論是中國(guó)天河 2A 的 CPU+GPDSP，還是神威太湖之光的眾核異構(gòu)體系目前都是全球唯一，而且性能無(wú)與倫比。
文中“目前全球幾乎所有高性能超算系統(tǒng)都是此架構(gòu)的支持者”不符合客觀事實(shí)
文章中稱(chēng)：“cpu/gpu 異構(gòu)式超算已經(jīng)成為整個(gè) hpc 界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)體系”，“目前全球幾乎所有高性能超算系統(tǒng)都是此架構(gòu)的支持者”。但這與客觀事實(shí)不相符。
舉例來(lái)說(shuō)，如上圖所示：2016 年 TOP500 前 10 的超算依次為：
神威太湖之光，中國(guó)，性能 93P；
天河 2 號(hào)，中國(guó)，性能 33P；
泰坦，美國(guó)，性能 17P；
紅杉，美國(guó)，性能 17P；
科里，美國(guó)，性能 14P；
Oakforest-PACS，日本，13P；
京，日本，性能 10P；
代恩特峰，瑞士，性能 9P；
米拉，美國(guó)，性能 8P；
三一，美國(guó)，性能 8P。
在這當(dāng)中，紅杉、米拉、三一、京都是屬于同構(gòu)體系超算，壓根就不是異構(gòu)體系超算，更遑論 cpu/gpu 異構(gòu)式超算。
而天河 2 號(hào)、科里、Oakforest-PACS 采用的是 CPU+眾核加速器，雖然屬于異構(gòu)超算體系，但并非 cpu+gpu 異構(gòu)式超算。
神威太湖之光在技術(shù)上獨(dú)樹(shù)一幟，將管理核心與加速器合二為一，屬于眾核異構(gòu)超算。
在全球性能最強(qiáng)的 10 臺(tái)超算中，只有泰坦和代恩特峰使用了英偉達(dá)的 GPGPU，屬于 cpu/gpu 異構(gòu)式超算。
從中可以看出，“cpu/gpu 異構(gòu)式超算已經(jīng)成為整個(gè) hpc 界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)體系”，“目前全球幾乎所有高性能超算系統(tǒng)都是此架構(gòu)的支持者”這種說(shuō)法是站不住腳的。
過(guò)度鼓吹被淘汰技術(shù)并不可取
文章中稱(chēng)：“NEC 喧布已開(kāi)發(fā)完成最新型 SX 系列矢量超級(jí)計(jì)算機(jī)——SX-ACE 這臺(tái)采用 sun 架構(gòu)的矢量超算雖然其總體運(yùn)算能力(130TFLOPS)排不進(jìn)世界前 5，但卻具備世界第一的單核性能(64GFLOPS)和世界第一的單核內(nèi)存帶寬(64GB/s)，并利用獨(dú)到的工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)緊湊化與低耗能”。
首先要明確的是，日本比較推崇向量機(jī)，SX-ACE 其實(shí)是向量機(jī)，中國(guó)在幾十年前也曾經(jīng)做過(guò)，比如已經(jīng)有不少年月的國(guó)內(nèi)首臺(tái)銀河億次機(jī)就是向量機(jī)。因而向量機(jī)對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)并非什么沒(méi)有掌握的技術(shù)。
現(xiàn)在中國(guó)不做向量機(jī)，并非沒(méi)有掌握該技術(shù)而做不了，而是完全是不屑于做。因?yàn)檫@種向量機(jī)完全早過(guò)時(shí)了，完全是被淘汰的設(shè)計(jì)，性能低就不說(shuō)了，還有成本高，應(yīng)用范圍窄的缺點(diǎn)，更要命的是可擴(kuò)展性也不好。
對(duì)于日本的 SX-ACE，國(guó)內(nèi)從事高性能計(jì)算機(jī)的資深工程師表示：這機(jī)器現(xiàn)在大概已不存在了吧 ..... 我說(shuō)大概不存在，主要是目前很少有人再去推崇向量機(jī)；第二就是這臺(tái)機(jī)器的性能參數(shù)并不突出，不值得耗費(fèi)時(shí)間精力去關(guān)注。
最后要補(bǔ)充的是 SX-ACE 很多技術(shù)其實(shí)源自美國(guó) SUN 公司，比如其 SPARC 處理器，就是 SUN 公司的遺產(chǎn)。
中國(guó)在超算技術(shù)上領(lǐng)先日本
在 2011 年，日本超算京曾經(jīng)位列 TOP500 第一。但由于日本經(jīng)濟(jì)在廣場(chǎng)協(xié)議之后一直保持在低迷的狀態(tài)，加上超算本來(lái)就屬于偏向國(guó)家工程的項(xiàng)目，相對(duì)較少的建造量和昂貴的價(jià)格都很難讓私人公司通過(guò)超算獲取高額利潤(rùn)，在研發(fā)成本過(guò)于高昂的情況下，使得日本 NEC、日立等大公司先后退出超算研發(fā)領(lǐng)域，唯有富士通還在苦苦支撐。
而在超算研發(fā)經(jīng)費(fèi)的撥付上，日本政府相當(dāng)吝嗇。而且還曾發(fā)生過(guò)這樣一件事——數(shù)位日本科學(xué)家聯(lián)名向政府申請(qǐng)超算研發(fā)經(jīng)費(fèi)，結(jié)果遭到日本政客反問(wèn)：“當(dāng)老二有什么不好？”
也正是因此，由于長(zhǎng)時(shí)間缺乏經(jīng)費(fèi)，導(dǎo)致日本在超算技術(shù)上缺乏大型工程的磨礪。對(duì)于此，日本官方也是心知肚明。在 2016 年，日本文部科學(xué)省發(fā)表了后續(xù)基本設(shè)計(jì)方針：“在發(fā)展方針中，日本文部科學(xué)省不再追求世界第一的計(jì)算速度，而是將目標(biāo)由加快計(jì)算速度轉(zhuǎn)向了加強(qiáng)節(jié)能及便捷功能”。但從曾經(jīng)追求計(jì)算性能最強(qiáng)超算，到如今的追求最節(jié)能超算，想必日本從事超算建設(shè)的工程師們心中除了無(wú)奈只有苦笑吧。
在美國(guó)鹽湖城 SC16 全球超算大會(huì)期間召開(kāi)的第 14 屆 HPC Connection Workshop 中外超算高峰論壇（HPCC）上，日本理化所 Mitsuhisa Sato 透露了日本發(fā)展 E 級(jí)超算的“旗艦 2020 計(jì)劃”，宣布將在 2017 年 4 月投入運(yùn)營(yíng) Post K 超級(jí)計(jì)算機(jī)，其系統(tǒng)峰值性能約為 25P， 1000P 超算的升級(jí)計(jì)劃被排到了 2020 年。
不過(guò)，技術(shù)發(fā)展有其規(guī)律，是一步一個(gè)腳印迭代演進(jìn)的，大躍進(jìn)式一口吃成一個(gè)胖子的做法并不可取。而且日本的超算建設(shè)十有八九無(wú)法按時(shí)完成，舉例來(lái)說(shuō)，如今已將近 2017 年 4 月份了，日本理化所計(jì)劃中投入運(yùn)營(yíng)的 25P 超算尚無(wú)音訊。何況日本最新的 Oakforest-PACS 也只有 13P，從 13P 迅速跨越到 1000P，這中間的技術(shù)擴(kuò)跨度實(shí)在是太大，從處理器到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都有質(zhì)的飛越，如果不謀求從美國(guó)獲取技術(shù)，這對(duì)于日本來(lái)說(shuō)未必不是一個(gè)挑戰(zhàn)。
目前，中國(guó)三家單位同時(shí)開(kāi)展了 1000P 超算的原型機(jī)研制，并計(jì)劃在 2020 年建成 1000P 超算。考慮到中國(guó)在過(guò)去幾年中在超算上技術(shù)成果斐然，先后研制出曙光 6000、天河 1 號(hào)、天河 2 號(hào)、神威太湖之光等性能優(yōu)異的超算，中國(guó)很有可能領(lǐng)先日本完成 1000P 超算的建設(shè)。
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