美國(guó)Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)在美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行，峰值運(yùn)算速度達(dá)到200 petaflops，超神威·太湖之光的60%。如無(wú)意外，它將在本月底公布的Top 500榜單中名列第一，讓美國(guó)重奪“世界上最強(qiáng)大超算”桂冠。而且，它的設(shè)計(jì)非常適應(yīng)人工智能技術(shù)，被譽(yù)為“最聰明超算”。

備受關(guān)注的美國(guó)Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)在美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）運(yùn)行。這臺(tái)新的超級(jí)計(jì)算機(jī)被非官方地稱為“世界上最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)”。而且，它的設(shè)計(jì)部分是為了擴(kuò)大人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍。

自2013年6月“世界最強(qiáng)超算”的桂冠被中國(guó)的神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)摘取以來(lái)，美國(guó)一直沒(méi)有擁有奪回這個(gè)稱號(hào)。Summit超算預(yù)計(jì)在本月晚些時(shí)候正式發(fā)布，屆時(shí)國(guó)際“TOP 500”組織將正式發(fā)表世界超級(jí)計(jì)算機(jī)Top 500榜單。除非中國(guó)本月爆出大驚喜，否則新的排名公布后，Summit將使美國(guó)重回超算Top 500榜單的第一名。

盡管在云計(jì)算和大型數(shù)據(jù)中心的時(shí)代，超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)失去了一些吸引力。但許多棘手的計(jì)算問(wèn)題仍需要大型的機(jī)器。美國(guó)政府去年發(fā)布的一份報(bào)告提出，美國(guó)應(yīng)加大對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)的投資，以便在核武器和高超音速飛機(jī)等國(guó)防項(xiàng)目，以及航空、石油勘探和制藥等領(lǐng)域的商業(yè)創(chuàng)新等方面趕上中國(guó)。

Summit：比普通筆記本電腦快100萬(wàn)倍，比神威·太湖之光快2倍

Summit超算由IBM和NVIDIA為美國(guó)能源部的橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室制造，其占地面積相當(dāng)于兩個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大小，為了冷卻其37000個(gè)處理器，周圍的循環(huán)系統(tǒng)每分鐘要消耗4000加侖的水。盡管美國(guó)能源部（DOE）尚未透露Summit的Linpack測(cè)試結(jié)果，但橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室表示，Summit的峰值運(yùn)算速度達(dá)到200 petaflops，也就是每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)達(dá)到200千兆次。這比普通筆記本電腦的運(yùn)算速度快100萬(wàn)倍，是神威·太湖之光（93.01 PFLOPS）峰值性能的兩倍有多。

200 petaflops是什么概念呢？如《紐約時(shí)報(bào)》所述，一個(gè)人需要花630億年的時(shí)間來(lái)完成Summit一秒鐘內(nèi)可以完成的計(jì)算。而MIT技術(shù)評(píng)論說(shuō)，“地球上的每個(gè)人每天每秒鐘進(jìn)行一次計(jì)算，持續(xù)305天，才能完成Summit超算眨眼之間可以做完的事情?！?/p>

Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)的4608臺(tái)服務(wù)器內(nèi)部的視圖。圖：橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

盡管Summit的基本規(guī)格已經(jīng)公開(kāi)有一段時(shí)間了，但這里還是有必要重新介紹一下：Summit由4608個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)Power9 CPU和6個(gè)NVIDIA Tesla V100 GPU。節(jié)點(diǎn)與Mellanox雙軌EDR InfiniBand網(wǎng)絡(luò)連接在一起，為每臺(tái)服務(wù)器提供200 Gbps的速度。

假設(shè)所有這些節(jié)點(diǎn)都配備齊全，GPU單獨(dú)將以雙精度提供峰值215 petaflops。此外，由于每個(gè)V100還提供125 teraflops的混合精度 Tensor Core 操作，系統(tǒng)對(duì)深度學(xué)習(xí)運(yùn)算的峰值性能大約為3.3 exaflops。

exaflops級(jí)的性能也不僅僅是理論上的。根據(jù)ORNL主任Thomas Zacharia的說(shuō)法，在早期的測(cè)試中，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在一個(gè)分析人類基因組序列變化的項(xiàng)目中，使用Summit超算每秒進(jìn)行了超過(guò)10的18次方次的計(jì)算。他們聲稱這是科學(xué)計(jì)算第一次達(dá)到這樣的計(jì)算規(guī)模。

比以往任何超算都更適合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)

美國(guó)新推出的這臺(tái)最強(qiáng)超算不僅僅對(duì)計(jì)算力的地緣政治意義重大。它的設(shè)計(jì)比以前的超級(jí)計(jì)算機(jī)更適合運(yùn)行谷歌、蘋(píng)果等科技公司流行的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，圖形芯片可以為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供更多計(jì)算力，這也是計(jì)算機(jī)可以在聲音識(shí)別、棋盤(pán)游戲等方面打敗人類的一個(gè)原因。Facebook最近披露，一個(gè)使用數(shù)十億張Instagram照片的人工智能實(shí)驗(yàn)，在近一個(gè)月的時(shí)間里占據(jù)了數(shù)百?gòu)堬@卡。

Summit擁有近28000個(gè)英偉達(dá)（Nvidia）生產(chǎn)的圖形處理器，以及IBM生產(chǎn)的9000多個(gè)傳統(tǒng)處理器。對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，使用大量的圖形芯片是不常見(jiàn)的，因此它應(yīng)該能在部署機(jī)器學(xué)習(xí)以處理艱難的科學(xué)問(wèn)題方面實(shí)現(xiàn)突破。橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室主任Thomas Zacharia說(shuō)：“我們打造了世界上最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，但它也是世界上最聰明的超級(jí)計(jì)算機(jī)?！?/p>

Summit的數(shù)千臺(tái)服務(wù)器占地有兩個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)那么大。圖：Carlos Jones/橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

當(dāng)然，Summit還將支持美國(guó)能源部最感興趣的標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)規(guī)范，特別是那些與核聚變能源、替代能源、材料科學(xué)、氣候研究、計(jì)算化學(xué)和宇宙學(xué)等相關(guān)的科學(xué)規(guī)范。但由于這是開(kāi)放的科學(xué)系統(tǒng)，可用于所有類型的研究，可以與能源無(wú)關(guān)。Summit也將用于醫(yī)療保健的應(yīng)用領(lǐng)域，如藥物發(fā)現(xiàn)、癌癥研究、成癮和其他類型的疾病研究。事實(shí)上，在宣布該系統(tǒng)投入使用的新聞發(fā)布會(huì)上，Zacharia表示，他希望橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室成為“醫(yī)療數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域的歐洲核子研究中心”。

“分析”與Summit的深度學(xué)習(xí)傾向非常吻合，因?yàn)榍罢邔?shí)際上是后者的疊加。早在2014年，當(dāng)美國(guó)能源部第一次簽約Summit系統(tǒng)時(shí)，能源部可能只對(duì)他們將得到的AI能力有一個(gè)粗略的概念。盡管IBM在將Power9-GPU平臺(tái)提交給美國(guó)能源部之前一直在宣傳其以數(shù)據(jù)為中心的超級(jí)計(jì)算方法，但當(dāng)時(shí)人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用領(lǐng)域仍處于初級(jí)階段。由于NVIDIA決定將專用的 Tensor Cores 集成到V100中，Summit最終成為了一個(gè)AI巨獸，同時(shí)也是一個(gè)強(qiáng)大的HPC機(jī)器。

因此，除了高性能計(jì)算的之外，該系統(tǒng)還可能參與大量尖端的人工智能研究。目前，Summit只對(duì)經(jīng)選擇的項(xiàng)目開(kāi)放。到2019年，該系統(tǒng)將變得更加廣泛可用，包括將用于理論與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新計(jì)算項(xiàng)目（INCITE）。

到時(shí)，Summit的前任Titan超級(jí)計(jì)算機(jī)很可能會(huì)退役。Summit的性能約為T(mén)itan的8倍，能效提高5倍。當(dāng)橡樹(shù)嶺在2012年安裝Titan時(shí)，它是當(dāng)時(shí)世界上最強(qiáng)大的系統(tǒng)，也是美國(guó)最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)（現(xiàn)在是第二快）。Titan也擁有NVIDIA GPU，但這些都是K20X圖形處理器，其機(jī)器學(xué)習(xí)能力僅限于每個(gè)設(shè)備四個(gè)單精度teraflops。幸運(yùn)的是，為T(mén)itan開(kāi)發(fā)的所有支持GPU的HPC的代碼都應(yīng)該能夠輕松移植到Summit上，并且應(yīng)該能夠充分利用V100更高的計(jì)算能力。

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校國(guó)家超級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心的研究員Eliu Huerta將Summit的龐大GPU池描述為“像夢(mèng)境一樣”。Huerta此前曾在一臺(tái)名為Blue Waters的超級(jí)計(jì)算機(jī)上使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，在LIGO天文臺(tái)的數(shù)據(jù)中探測(cè)引力波。LIGO天文臺(tái)的兩位創(chuàng)始人因此獲得了2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。Huerta希望Summit的成果將有助于分析預(yù)計(jì)將于2019年啟用的大型天氣觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡每晚接收到的約15 TB的圖像。

Summit還將被用于在化學(xué)和生物學(xué)的問(wèn)題中利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)。 Zacharia說(shuō)，這項(xiàng)研究可能有助于能源部的一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目使用來(lái)自2200萬(wàn)退伍軍人的醫(yī)療記錄，其中包括大約25萬(wàn)人的完整基因組序列。

有些人擔(dān)心美國(guó)在超大規(guī)模計(jì)算機(jī)上的競(jìng)爭(zhēng)力，他們希望，Summit將激發(fā)對(duì)打造其繼任者的更多興趣。

Summit還將發(fā)揮另一個(gè)重要作用，即為E級(jí)科學(xué)應(yīng)用提供一個(gè)發(fā)展平臺(tái)。作為橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的最后一個(gè)petascale系統(tǒng)，這臺(tái)200 petascale的超算將成為未來(lái)幾年一系列HPC代碼向exascale機(jī)器轉(zhuǎn)移的墊腳石?，F(xiàn)在，隨著Summit的完成，這似乎不再是一個(gè)遙遠(yuǎn)的前景了。“畢竟，（E級(jí)計(jì)算）離我們現(xiàn)在的超算能力只差5倍，”Zacharia笑著說(shuō)。

美國(guó)、中國(guó)、日本和歐盟都宣布了第一臺(tái)“E級(jí)”（exascale）計(jì)算機(jī)——每秒計(jì)算能力超過(guò)千萬(wàn)億次——這是大規(guī)模計(jì)算的下一個(gè)里程碑。美國(guó)信息技術(shù)與創(chuàng)新基金會(huì)全球創(chuàng)新政策副總裁Stephen Ezell說(shuō)，中國(guó)宣稱將在2020年實(shí)現(xiàn)這一里程碑，如果Summit的繼任者Aurora按照計(jì)劃完成，美國(guó)可能會(huì)在2021年實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。但該計(jì)劃此前曾被推遲。“高性能計(jì)算對(duì)于一個(gè)國(guó)家的國(guó)家安全，經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和應(yīng)對(duì)科學(xué)挑戰(zhàn)的能力來(lái)說(shuō)都是必不可少的，”Ezell說(shuō)。