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富岳奪魁中美歐日角逐E級超算

2020-06-24 14:10:15 鐵流

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日前，“TOP500”發布最新運算速度排行榜，日本理化學研究所計算科學研究中心（神戶市）的新機型Fugaku以每秒41.553京次的運算速度超越了美國超算Summit，躍居全球首位。Fugaku登頂的消息被媒體爭相報道，一些分析文章把Fugaku奪冠和蘋果棄用英特爾，改用ARM CPU的事情聯系起來大肆鼓吹，仿佛ARM將要取代X86成為CPU的王者。鐵流認為，一些媒體的報道用力過猛，已經偏離事實了，就超算來說，采用ARM CPU 處理器奪冠成績值得肯定，但整體市場還主要是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，估計也和日本企業習慣于自成一體的做法有關。

Fugaku和排名第37的Flow，之所以把處理器指令集從京的SPARC改成現在的ARM，鐵流猜測一方面和軟銀收購了ARM有關，另一方面與SPARC逐漸式微也有關系。由于X86授權拿不到，SPARC又逐步式微，因而選擇近年來風頭正盛，且被日本企業收購的ARM。

Fugaku超算和Flow采用的是富士通研發的A64FX處理器，這款處理器曾經在Hotchips會議上亮相，集成了52個核心，配備32GB HBM 2內存，帶寬1TB/s，浮點性能2.7TFLOPS，使用7nm工藝生產。

A64FX的52（4+48）個核心和SW26010的260（4+256）個核心有相似之處，A64FX是四個管理核心+48個運算核心，SW26010是4個管理核心+256個運算核心。得益于SVE指令支持512bit浮點運算單元，這使得A64FX的浮點性能大幅強化。

SW26010相對于CPU+加速器的組合有一個優勢，那就是共享存儲避免了顯示拷貝。如果采用CPU+加速器的組合，數據需要在CPU和加速器之間來回倒騰，會帶來額外開銷。SW26010的設計則避免了這一點。A64FX采用了和SW26010類似的管理核心+運算核心設計，因而在這方面，可能同樣具有這種優勢。根據富士通的規劃，Fugaku只是階段性成果，下一步計劃升級到1000PFLOPS。

炒作ARM 處理器優勢純屬莫名其妙

誠然，Fugaku和A64FX表現出色，但一些媒體把Fugaku登頂和蘋果換芯兩件事情聯系起來大肆鼓吹，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，蘋果換芯并非技術因素，而是商業因素。就桌面CPU的性能、功耗、成本、生態而言，X86已經平衡的非常好了，全球暫時找不出在桌面CPU的性能、功耗、成本、生態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邏輯，意圖打造蘋果自己的閉環生態鏈，進而實現供應鏈的高度掌控。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。

就A64FX來說，從數據上看，Fugaku和A64FX很出色，Fugaku的雙精度浮點性能是Summit的2.8倍，從功耗上看，Fugaku也是Summit的2.8倍。也就是說，在性能功耗比這項屬性上，Fugaku相對于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，在處理器工藝領先一代的情況下，Fugaku相對于Summit的性能功耗比并沒有提升。作為對比，當年神威太湖之光奪魁時，在絕對性能和性能功耗比兩項參數上都有明顯提升。

雖然ARM的鼓吹者把低功耗和ARM劃等號，國內還搞了一個綠色計算產業聯盟，打著綠色環保的名義，掛羊頭賣狗肉推廣ARM服務器。但從實踐上看，指令集對CPU性能、功耗的影響已經微乎其微了，真正對CPU性能指標有巨大影響的是設計水平和制造工藝。一些媒體用Fugaku登頂和蘋果換芯論證ARM CPU具有先天優勢，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在超算里已經落伍了。但只要看一下TOP500榜單就會發現，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，采用Power的超算有13臺，采用ARM的有4臺，采用SPARC的有一臺，是富士通的京，采用SW64的有一臺，是神威太湖之光。

（HPC TOP500里非X86 CPU 機器，500臺里共計19臺）

從宏觀數據上看，X86依然是超算的絕對主流，SW64、Power、ARM的占比非常少。由于X86的市場份額高，這使X86超算在應用方面更加便利，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用榮獲戈登貝爾獎，就是工程師將這個應用移植到神威太湖之光超算上。相關部門為了擴展神威太湖之光的應用，也是花了大力氣鼓勵大家去移植應用。由于日本企業在超算京上已經積累了3000多項應用，未來日本企業也會經歷應用移植這個過程。

總而言之，X86 CPU依然是超算主流選擇，而且應用豐富，便于商業化。Fugaku和神威太湖之光這類超算，如果要想把超算性能真正發揮出來，必須進行應用移植，在特定行業，或者自成一體的情況下自己玩是沒問題的，但要商業化全球出售，恐怕就遜色于X86超算了。

中美歐日角逐E級超算

雖然日本這幾年經濟持續低迷，在全球超算競賽上逐步掉隊，在京之后罕有高性能超算問世，但日本企業的技術底子還是在的，本次的Fugaku則是日本超算實力的體現。目前，中國天河、曙光、神威E級超算正在研發中，美國和歐洲也在研發E級超算。未來幾年，中美歐日可能會就E級超算進行一場競賽。