富岳奪魁 中美歐日角逐E級(jí)超算

日前，“TOP500”發(fā)布最新運(yùn)算速度排行榜，日本理化學(xué)研究所計(jì)算科學(xué)研究中心（神戶市）的新機(jī)型 Fugaku 以每秒 41.553 京次的運(yùn)算速度超越了美國(guó)超算 Summit，躍居全球首位。Fugaku 登頂?shù)南⒈幻襟w爭(zhēng)相報(bào)道，一些分析文章把 Fugaku 奪冠和蘋果棄用英特爾，改用 ARM CPU 的事情聯(lián)系起來大肆鼓吹，仿佛 ARM 將要取代 X86 成為 CPU 的王者。鐵流認(rèn)為，一些媒體的報(bào)道用力過猛，已經(jīng)偏離事實(shí)了，就超算來說，采用 ARM CPU 處理器奪冠成績(jī)值得肯定，但整體市場(chǎng)還主要是 X86 CPU 或 X86 CPU+加速器。

富士通 Fugaku 和 A64FX 值得肯定 ?
日本超算一直自成一體，早些年的京就采用 SPARC 處理器，如今選擇 ARM，而不是主流的 X86，估計(jì)也和日本企業(yè)習(xí)慣于自成一體的做法有關(guān)。

Fugaku 和排名第 37 的 Flow，之所以把處理器指令集從京的 SPARC 改成現(xiàn)在的 ARM，鐵流猜測(cè)一方面和軟銀收購(gòu)了 ARM 有關(guān)，另一方面與 SPARC 逐漸式微也有關(guān)系。由于 X86 授權(quán)拿不到，SPARC 又逐步式微，因而選擇近年來風(fēng)頭正盛，且被日本企業(yè)收購(gòu)的 ARM。

Fugaku 超算和 Flow 采用的是富士通研發(fā)的 A64FX 處理器，這款處理器曾經(jīng)在 Hotchips 會(huì)議上亮相，集成了 52 個(gè)核心，配備 32GB HBM 2 內(nèi)存，帶寬 1TB/s，浮點(diǎn)性能 2.7TFLOPS，使用 7nm 工藝生產(chǎn)。

A64FX 的 52（4+48）個(gè)核心和 SW26010 的 260（4+256）個(gè)核心有相似之處，A64FX 是四個(gè)管理核心+48 個(gè)運(yùn)算核心，SW26010 是 4 個(gè)管理核心+256 個(gè)運(yùn)算核心。得益于 SVE 指令支持 512bit 浮點(diǎn)運(yùn)算單元，這使得 A64FX 的浮點(diǎn)性能大幅強(qiáng)化。

SW26010 相對(duì)于 CPU+加速器的組合有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，那就是共享存儲(chǔ)避免了顯示拷貝。如果采用 CPU+加速器的組合，數(shù)據(jù)需要在 CPU 和加速器之間來回倒騰，會(huì)帶來額外開銷。SW26010 的設(shè)計(jì)則避免了這一點(diǎn)。A64FX 采用了和 SW26010 類似的管理核心+運(yùn)算核心設(shè)計(jì)，因而在這方面，可能同樣具有這種優(yōu)勢(shì)。根據(jù)富士通的規(guī)劃，F(xiàn)ugaku 只是階段性成果，下一步計(jì)劃升級(jí)到 1000PFLOPS。

炒作 ARM 處理器優(yōu)勢(shì)純屬莫名其妙
誠(chéng)然，F(xiàn)ugaku 和 A64FX 表現(xiàn)出色，但一些媒體把 Fugaku 登頂和蘋果換芯兩件事情聯(lián)系起來大肆鼓吹，仿佛 ARM 將要取代 X86 成為 CPU 的王者，這就未免有些不妥了。

就蘋果拋棄英特爾 CPU，選擇 ARM CPU 的事情來說，蘋果換芯并非技術(shù)因素，而是商業(yè)因素。就桌面 CPU 的性能、功耗、成本、生態(tài)而言，X86 已經(jīng)平衡的非常好了，全球暫時(shí)找不出在桌面 CPU 的性能、功耗、成本、生態(tài)等方面超越英特爾的公司。蘋果把 X86 處理器換成 ARM 處理器，主要還是基于蘋果一貫的商業(yè)邏輯，意圖打造蘋果自己的閉環(huán)生態(tài)鏈，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的高度掌控。這樣一來，就避免 CPU 上被英特爾分去一杯羹，在 CPU、OS 全部自己掌握后，蘋果可以借此獲取高額利潤(rùn)。

就 A64FX 來說，從數(shù)據(jù)上看，F(xiàn)ugaku 和 A64FX 很出色，F(xiàn)ugaku 的雙精度浮點(diǎn)性能是 Summit 的 2.8 倍，從功耗上看，F(xiàn)ugaku 也是 Summit 的 2.8 倍。也就是說，在性能功耗比這項(xiàng)屬性上，F(xiàn)ugaku 相對(duì)于 Summit 并沒有提升。必須指出的是，A64FX 采用的是 7nm 工藝，而 Summit 的 Power9 是 14nm 工藝，GV100 是 12nm 工藝，在處理器工藝領(lǐng)先一代的情況下，F(xiàn)ugaku 相對(duì)于 Summit 的性能功耗比并沒有提升。作為對(duì)比，當(dāng)年神威太湖之光奪魁時(shí)，在絕對(duì)性能和性能功耗比兩項(xiàng)參數(shù)上都有明顯提升。

雖然 ARM 的鼓吹者把低功耗和 ARM 劃等號(hào)，國(guó)內(nèi)還搞了一個(gè)綠色計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，打著綠色環(huán)保的名義，掛羊頭賣狗肉推廣 ARM 服務(wù)器。但從實(shí)踐上看，指令集對(duì) CPU 性能、功耗的影響已經(jīng)微乎其微了，真正對(duì) CPU 性能指標(biāo)有巨大影響的是設(shè)計(jì)水平和制造工藝。一些媒體用 Fugaku 登頂和蘋果換芯論證 ARM CPU 具有先天優(yōu)勢(shì)，將要取代 X86 CPU 完全是莫名其妙。

X86 CPU 依然是超算主流選擇
近年來，神威太湖之光、Summit、Fugaku 相繼在 TOP500 榜單上奪得第一，三款超算處理器的指令集分別是 SW64、Power、ARM，由于冠軍往往吸引了更多的目光，給人一種感覺，仿佛 X86 CPU 在超算里已經(jīng)落伍了。但只要看一下 TOP500 榜單就會(huì)發(fā)現(xiàn)，X86 CPU 在 TOP500 里幾乎是刷榜的存在。

鐵流查閱了 TOP500 資料，其中，采用 X86 處理器的超算有 481 臺(tái)，采用 Power 的超算有 13 臺(tái)，采用 ARM 的有 4 臺(tái)，采用 SPARC 的有一臺(tái)，是富士通的京，采用 SW64 的有一臺(tái)，是神威太湖之光。

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（HPC TOP500 里非 X86 CPU 機(jī)器，500 臺(tái)里共計(jì) 19 臺(tái)）

從宏觀數(shù)據(jù)上看，X86 依然是超算的絕對(duì)主流，SW64、Power、ARM 的占比非常少。由于 X86 的市場(chǎng)份額高，這使 X86 超算在應(yīng)用方面更加便利，相比之下，采用 SW64、ARM 處理器的超算則面臨軟件移植的問題，此前，非線性大地震模擬應(yīng)用榮獲戈登貝爾獎(jiǎng)，就是工程師將這個(gè)應(yīng)用移植到神威太湖之光超算上。相關(guān)部門為了擴(kuò)展神威太湖之光的應(yīng)用，也是花了大力氣鼓勵(lì)大家去移植應(yīng)用。由于日本企業(yè)在超算京上已經(jīng)積累了 3000 多項(xiàng)應(yīng)用，未來日本企業(yè)也會(huì)經(jīng)歷應(yīng)用移植這個(gè)過程。

總而言之，X86 CPU 依然是超算主流選擇，而且應(yīng)用豐富，便于商業(yè)化。Fugaku 和神威太湖之光這類超算，如果要想把超算性能真正發(fā)揮出來，必須進(jìn)行應(yīng)用移植，在特定行業(yè)，或者自成一體的情況下自己玩是沒問題的，但要商業(yè)化全球出售，恐怕就遜色于 X86 超算了。
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中美歐日角逐 E 級(jí)超算
雖然日本這幾年經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷，在全球超算競(jìng)賽上逐步掉隊(duì)，在京之后罕有高性能超算問世，但日本企業(yè)的技術(shù)底子還是在的，本次的 Fugaku 則是日本超算實(shí)力的體現(xiàn)。目前，中國(guó)天河、曙光、神威 E 級(jí)超算正在研發(fā)中，美國(guó)和歐洲也在研發(fā) E 級(jí)超算。未來幾年，中美歐日可能會(huì)就 E 級(jí)超算進(jìn)行一場(chǎng)競(jìng)賽。