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D0dbf0495744aebe83ba8be26432c710 想知道目前全球運算速度最快的電腦是哪一台嗎?答案是位於中國的超級電腦天河二號(Tianhe-2),它已經是第三次拿到超級電腦運算能力的第一名了。全球 500 大超級電腦(Top500)一直是資訊 IT 產業一個有趣的話題,第 43 次的排行榜剛於 2014 年 6 月公佈,第二名則是美國的泰坦 (Titan) 超級電腦,第三名是美國的紅杉 (Sequoia) 超級電腦。

超級電腦的發展,帶動了人類在高複雜運算獲得更多成果,商用化的超級電腦平台也會是大數據、海量資料的未來趨勢要角,人類投注在超級電腦上的研發能量,終究都會讓很多人受益。

TOP500 列表,是由德國曼海姆大學 (University of Mannheim) 的 Hans Meuer、美國田納西大學諾克斯維爾分校 (University of Tennessee, Knoxville) 的 Jack Dongarra 以及美國勞倫斯伯克利國家實驗室 (NERSC/Lawrence Berkeley National Laboratory) 的 Erich Strohmaier 與 Horst Simon 等人共同彙整編輯出來的。每年6月的國際超級電腦大會 (International Supercomputing Conference),以及每年 11 月的 ACM/IEEE Supercomputing Conference,各公佈一次半年度的排行榜,這些超級電腦會通過 LINPACK benchmark 測試,排行榜主要是以浮點運算能力做排序。

根據這次最新公佈的數據,位於中國國防科技大學的天河二號超級電腦,是中科曙光所開發,有312萬顆核心處理器,其浮點運算速度達 33.86 petaflop/s,相當於第二快的超級電腦 Titan 的接近二倍。位於美國能源部橡樹嶺國家實驗室的Titan,是超級電腦領域知名的克雷電腦公司 (Cray) 打造的,其浮點運算能力為17.59 petaflop/s。

第三名的超級電腦Sequoia同樣位於美國的能源部,不過是另一間實驗室,也就是勞倫斯利福摩爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory;LLNL),這台超級電腦則是由則為藍色巨人 IBM 所開發,浮點運算能力為17.17petaflop/s。第四名則是位於日本理化學研究所的京 (K computer),由富士通打造,採用的是SPARC64 VIIIfx 2.0GHz處理器。


大致上,和上屆(第42次)排行榜的名單沒有太大差別,新進榜的超級電腦是 Cray 開發的 XC30,這台超級電腦的運算能力達到3.14 petaflop/s,排名第10名,屬於美國的機密政府單位,外界猜想這單位可能是美國國家安全局 NSA 吧?

超級電腦越來越多國家有能力購買與建置

這幾年美國在排行榜上的超級電腦數量仍舊是全球最多的,目前有 233 台,但已經比半年前排行榜的265台要少了,衰退了15%。不過中國擁有的超級電腦數量成長腳步也很快,上屆排行榜是63台,這次已經增加為76台在排行榜上,增加了20%。能夠進五百大排行榜的亞洲國家擁有的超級電腦數量正急起直追,已經等於英國、法國、德國這幾個先進工業國擁有的超級電腦之和,日本是 30 台進榜,英國也是 30 台,法國是 27 台,德國是 23 台。台灣呢?只有一台超級電腦在榜上,是排名第 305 名的ALPS,位於台灣的國家高速電腦中心,浮點運算能力只有177.1 terabyte/s,和第一名的天河二號相比,浮點運算效能相差「二百倍」。


科技新報觀察這次的數據,近五年的超級電腦效能增長已經大不如前,儘管前幾名的超級電腦效能進步,但排行榜上後段班的超級電腦,以第五百名的機器來看,近五年平均只有 55% 的進步。對照 1994 年到 2008 年的表現,當時的平均年成長率則是高達90%。這 20 年的第五百名超級電腦的翻新效率,也以 2014 年的排行榜中為最低。

這些跡象,是否代表目前的超級電腦運算提昇已經碰到了瓶頸了呢?往好處想,超大型系統的建構受惠於半導體晶片的發展、多核心系統的更成熟,超級電腦演算法的進步,使得對於超級運算能力巔峰的需求和產出能夠達到讓人滿意的程度,但是不是超大型系統的建構與設計,目前的市場上需求似乎是趨緩了。

目前這五百台超級電腦的整體運算能力總和,達到 274 Pflop/s,上次是250 Pflop/s,再之前一屆是 223 Pflop/s。

各平台與廠商表現

在超級電腦的領域裡,使用特製的 Linux 發行版 (97%),或特製的 Unix 作業系統 (2.4%),絕對是超級電腦的運算主流,微軟的 Windows 平台在五百大超級電腦排行榜中,只有 2 台,比重是 0.4%而已。

以主要的處理器平台來看,核心處理器的部份,Intel在這五百台超級電腦中囊括了 85.4%的比重,採用 IBM 處理器的比例仍舊是8%,但採用 AMD Opteron 處理器的超級電腦從上次調查的 15%,滑落到這次的 6%,可見消長。使用的處理器核心數量方面,排行榜上有 96% 的超級電腦使用 6 顆以上的核心處理器,有 83% 的超級電腦使用了 8 顆以上的核心處理器。

這幾年協同加速是超級電腦的重點技術之一,如果看處理器平台提昇的部份,第一名的天河二號和第七名的 Stampede,採用的是Intel的 Xeon Phi 處理器來加速演算效率。第二名的 Titan 與第六名的Piz Daint,採用 NVIDIA 的繪圖處理器來加速運算。全部五百台超級電腦系統中,有 62 台系統採用了這樣的技術,比半年前的53台還要多。這次有 44 台使用 NVIDIA 繪圖晶片加速,2台採用 AMD 的Radeon晶片,14 台使用 Intel 的 Xeon Phi。

超級電腦的供應商方面,這次的排行榜,惠普 (HP) 仍舊是第一名,比重達到 36%,一共有 182 台超級電腦是惠普打造的。其次是排行榜達到35%比重的IBM,一共有 176 台超級電腦由 IBM 打造。和半年前的數據比較,惠普滑落了 3%,IBM 則增加了 2%。專門打造超級電腦的 Cray 公司,這次則有 51 台超級電腦上榜,比重為 10%。

2014 年 6 月全球前 10 名超級電腦列表,完整 Top 500列表請點此

Rank Site System Cores Rmax (TFlop/s) Rpeak (TFlop/s) Power (kW)
1 National Super Computer Center in Guangzhou
China
Tianhe-2 (MilkyWay-2) - TH-IVB-FEP Cluster, Intel Xeon E5-2692 12C 2.200GHz, TH Express-2, Intel Xeon Phi 31S1P 
NUDT
3120000 33862.7 54902.4 17808
2 DOE/SC/Oak Ridge National Laboratory
United States
Titan - Cray XK7 , Opteron 6274 16C 2.200GHz, Cray Gemini interconnect, NVIDIA K20x 
Cray Inc.
560640 17590.0 27112.5 8209
3 DOE/NNSA/LLNL
United States
Sequoia - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60 GHz, Custom 
IBM
1572864 17173.2 20132.7 7890
4 RIKEN Advanced Institute for Computational Science (AICS)
Japan
K computer, SPARC64 VIIIfx 2.0GHz, Tofu interconnect 
Fujitsu
705024 10510.0 11280.4 12660
5 DOE/SC/Argonne National Laboratory
United States
Mira - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.60GHz, Custom 
IBM
786432 8586.6 10066.3 3945
6 Swiss National Supercomputing Centre (CSCS)
Switzerland
Piz Daint - Cray XC30, Xeon E5-2670 8C 2.600GHz, Aries interconnect , NVIDIA K20x 
Cray Inc.
115984 6271.0 7788.9 2325
7 Texas Advanced Computing Center/Univ. of Texas
United States
Stampede - PowerEdge C8220, Xeon E5-2680 8C 2.700GHz, Infiniband FDR, Intel Xeon Phi SE10P 
Dell
462462 5168.1 8520.1 4510
8 Forschungszentrum Juelich (FZJ)
Germany
JUQUEEN - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz, Custom Interconnect 
IBM
458752 5008.9 5872.0 2301
9 DOE/NNSA/LLNL
United States
Vulcan - BlueGene/Q, Power BQC 16C 1.600GHz, Custom Interconnect 
IBM
393216 4293.3 5033.2 1972
10 Government
United States
Cray XC30, Intel Xeon E5-2697v2 12C 2.7GHz, Aries interconnect 
Cray Inc.
225984 3143.5 4881.3

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