富岳夺魁中美欧日角逐E级超算

2020-06-24 14:10:15 铁流

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日前，“TOP500”发布最新运算速度排行榜，日本理化学研究所计算科学研究中心（神户市）的新机型Fugaku以每秒41.553京次的运算速度超越了美国超算Summit，跃居全球首位。Fugaku登顶的消息被媒体争相报道，一些分析文章把Fugaku夺冠和苹果弃用英特尔，改用ARM CPU的事情联系起来大肆鼓吹，仿佛ARM将要取代X86成为CPU的王者。铁流认为，一些媒体的报道用力过猛，已经偏离事实了，就超算来说，采用ARM CPU 处理器夺冠成绩值得肯定，但整体市场还主要是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体，早些年的京就采用SPARC处理器，如今选择ARM，而不是主流的X86，估计也和日本企业习惯于自成一体的做法有关。

Fugaku和排名第37的Flow，之所以把处理器指令集从京的SPARC改成现在的ARM，铁流猜测一方面和软银收购了ARM有关，另一方面与SPARC逐渐式微也有关系。由于X86授权拿不到，SPARC又逐步式微，因而选择近年来风头正盛，且被日本企业收购的ARM。

Fugaku超算和Flow采用的是富士通研发的A64FX处理器，这款处理器曾经在Hotchips会议上亮相，集成了52个核心，配备32GB HBM 2内存，带宽1TB/s，浮点性能2.7TFLOPS，使用7nm工艺生产。

A64FX的52（4+48）个核心和SW26010的260（4+256）个核心有相似之处，A64FX是四个管理核心+48个运算核心，SW26010是4个管理核心+256个运算核心。得益于SVE指令支持512bit浮点运算单元，这使得A64FX的浮点性能大幅强化。

SW26010相对于CPU+加速器的组合有一个优势，那就是共享存储避免了显示拷贝。如果采用CPU+加速器的组合，数据需要在CPU和加速器之间来回倒腾，会带来额外开销。SW26010的设计则避免了这一点。A64FX采用了和SW26010类似的管理核心+运算核心设计，因而在这方面，可能同样具有这种优势。根据富士通的规划，Fugaku只是阶段性成果，下一步计划升级到1000PFLOPS。

炒作ARM 处理器优势纯属莫名其妙

诚然，Fugaku和A64FX表现出色，但一些媒体把Fugaku登顶和苹果换芯两件事情联系起来大肆鼓吹，仿佛ARM将要取代X86成为CPU的王者，这就未免有些不妥了。

就苹果抛弃英特尔 CPU，选择ARM CPU的事情来说，苹果换芯并非技术因素，而是商业因素。就桌面CPU的性能、功耗、成本、生态而言，X86已经平衡的非常好了，全球暂时找不出在桌面CPU的性能、功耗、成本、生态等方面超越英特尔的公司。苹果把X86处理器换成ARM 处理器，主要还是基于苹果一贯的商业逻辑，意图打造苹果自己的闭环生态链，进而实现供应链的高度掌控。这样一来，就避免CPU上被英特尔分去一杯羹，在CPU、OS全部自己掌握后，苹果可以借此获取高额利润。

就A64FX来说，从数据上看，Fugaku和A64FX很出色，Fugaku的双精度浮点性能是Summit的2.8倍，从功耗上看，Fugaku也是Summit的2.8倍。也就是说，在性能功耗比这项属性上，Fugaku相对于Summit并没有提升。必须指出的是，A64FX采用的是7nm工艺，而Summit的Power9是14nm工艺，GV100是12nm工艺，在处理器工艺领先一代的情况下，Fugaku相对于Summit的性能功耗比并没有提升。作为对比，当年神威太湖之光夺魁时，在绝对性能和性能功耗比两项参数上都有明显提升。

虽然ARM的鼓吹者把低功耗和ARM划等号，国内还搞了一个绿色计算产业联盟，打着绿色环保的名义，挂羊头卖狗肉推广ARM服务器。但从实践上看，指令集对CPU性能、功耗的影响已经微乎其微了，真正对CPU性能指标有巨大影响的是设计水平和制造工艺。一些媒体用Fugaku登顶和苹果换芯论证ARM CPU具有先天优势，将要取代X86 CPU完全是莫名其妙。

X86 CPU依然是超算主流选择

近年来，神威太湖之光、Summit、Fugaku相继在TOP500榜单上夺得第一，三款超算处理器的指令集分别是SW64、Power、ARM，由于冠军往往吸引了更多的目光，给人一种感觉，仿佛X86 CPU在超算里已经落伍了。但只要看一下TOP500榜单就会发现，X86 CPU在TOP500里几乎是刷榜的存在。

铁流查阅了TOP500资料，其中，采用X86处理器的超算有481台，采用Power的超算有13台，采用ARM的有4台，采用SPARC的有一台，是富士通的京，采用SW64的有一台，是神威太湖之光。

（HPC TOP500里非X86 CPU 机器，500台里共计19台）

从宏观数据上看，X86依然是超算的绝对主流，SW64、Power、ARM的占比非常少。由于X86的市场份额高，这使X86超算在应用方面更加便利，相比之下，采用SW64、ARM 处理器的超算则面临软件移植的问题，此前，非线性大地震模拟应用荣获戈登贝尔奖，就是工程师将这个应用移植到神威太湖之光超算上。相关部门为了扩展神威太湖之光的应用，也是花了大力气鼓励大家去移植应用。由于日本企业在超算京上已经积累了3000多项应用，未来日本企业也会经历应用移植这个过程。

总而言之，X86 CPU依然是超算主流选择，而且应用丰富，便于商业化。Fugaku和神威太湖之光这类超算，如果要想把超算性能真正发挥出来，必须进行应用移植，在特定行业，或者自成一体的情况下自己玩是没问题的，但要商业化全球出售，恐怕就逊色于X86超算了。

中美欧日角逐E级超算

虽然日本这几年经济持续低迷，在全球超算竞赛上逐步掉队，在京之后罕有高性能超算问世，但日本企业的技术底子还是在的，本次的Fugaku则是日本超算实力的体现。目前，中国天河、曙光、神威E级超算正在研发中，美国和欧洲也在研发E级超算。未来几年，中美欧日可能会就E级超算进行一场竞赛。

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