富岳奪魁 中美歐日角逐E級超算

日前，“TOP500”發(fā)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?shù)南⒈幻襟w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(lián)系起來大肆鼓吹，仿佛 ARM 將要取代 X86 成為 CPU 的王者。鐵流認為，一些媒體的報道用力過猛，已經(jīng)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(yè)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(xiàn)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(yè)收購的 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 會議上亮相，集成了 52 個核心，配備 32GB HBM 2 內(nèi)存，帶寬 1TB/s，浮點性能 2.7TFLOPS，使用 7nm 工藝生產(chǎn)。

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(yōu)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(shù)據(jù)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(yōu)勢。根據(jù)富士通的規(guī)劃，F(xiàn)ugaku 只是階段性成果，下一步計劃升級到 1000PFLOPS。

炒作 ARM 處理器優(yōu)勢純屬莫名其妙
誠然，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，進而實現(xiàn)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(shù)據(jù)上看，F(xiàn)ugaku 和 A64FX 很出色，F(xiàn)ugaku 的雙精度浮點性能是 Summit 的 2.8 倍，從功耗上看，F(xiàn)ugaku 也是 Summit 的 2.8 倍。也就是說，在性能功耗比這項屬性上，F(xiàn)ugaku 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，F(xiàn)ugaku 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(shù)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(nèi)還搞了一個綠色計算產(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 服務器。但從實踐上看，指令集對 CPU 性能、功耗的影響已經(jīng)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(yōu)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(jīng)落伍了。但只要看一下 TOP500 榜單就會發(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，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。

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（HPC TOP500 里非 X86 CPU 機器，500 臺里共計 19 臺）

從宏觀數(shù)據(jù)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(yè)在超算京上已經(jīng)積累了 3000 多項應用，未來日本企業(yè)也會經(jīng)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(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，必須進行應用移植，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 級超算
雖然日本這幾年經(jīng)濟持續(xù)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(yè)的技術底子還是在的，本次的 Fugaku 則是日本超算實力的體現(xiàn)。目前，中國天河、曙光、神威 E 級超算正在研發(fā)中，美國和歐洲也在研發(fā) 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。