日本欲重奪超算第一的行動初見端倪，近日，富士通等研究機構(gòu)已經(jīng)開始對下一代超算Post-K進行原型CPU的實地測試，研究者稱，這臺超算的應(yīng)用性能將是前一代的100倍，達到百億億次級，計劃在2021年推出。

日本計算機巨頭富士通（Fujitsu）和日本最大的研究機構(gòu)理化學(xué)研究所（RIKEN，簡稱理研）已經(jīng)開始對下一代超級計算機的原型CPU進行實地測試，他們?nèi)蝿?wù)這款CPU將使日本在超級計算機的全球排名中重回領(lǐng)先地位。

這臺下一代超級計算機被稱為“Post-K超級計算機”（Post-K supercomputer），是繼兩家合作機構(gòu)開發(fā)出8 petaflops的“京”超級計算機（K Computer）之后開發(fā)的?！熬弊?012年開始在理化學(xué)研究所內(nèi)運行，并已經(jīng)升級到11 petaflops的峰值性能。2014年11月，全部組裝完成后的京LINPACK性能達到10 PFLOPS（即每秒1京），創(chuàng)下了10.51 PFLOPS的紀錄。京是首個達到10 PFLOPS性能的超算。

富士通在最近的一份新聞稿中稱，他們目標是“創(chuàng)造出世界上最高性能的超級計算機”，“其應(yīng)用執(zhí)行性能是京超級計算機的100倍”。他們計劃在2021年前后在屬于政府的理研中心安裝這臺加強型機器。

如果他們實現(xiàn)了這一執(zhí)行速度，那么Post-K超算將進入百億億次級別（exascale），1 exaflops表示每秒一佰京/一億億億（1018）次浮點運算。

Post-K超級計算機的原型單元包含2個Arm8A-SVE水冷CPU

為此，他們用Arm8A-SVE（可伸縮矢量擴展）512-bit架構(gòu)取代了京超算的SPARC64 VIIIfx CPU，該架構(gòu)已被增強為超級計算機使用，富士通和理研都參與了開發(fā)。

Post-K超算原型機的CPU package和CPU內(nèi)存單元

新的設(shè)計在CPU上運行，計算節(jié)點具有48個核心和2個輔助核心，I/O及計算節(jié)點有48個核心外加4個輔助核心。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)每個節(jié)點使用1個CPU， 384個節(jié)點組成一個機架。

出于戰(zhàn)略原因，富士通和理研都沒有透露Post-K超算的節(jié)點總數(shù)。但是，位于神戶的理研計算科學(xué)中心主任松岡聰（Satoshi Matsuoka）說，“這將是世界上最大的Arm系統(tǒng)，事實上，它可能是世界上最大的超級計算機?！?/p>

在系統(tǒng)互連方面，富士通采用了最初為京超算設(shè)計的Tofu 6D Mesh/Torus 拓撲結(jié)構(gòu)。

松岡聰表示，除了采用新的CPU之外，Post-K在執(zhí)行速度上的提升還來源于其他幾個關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)存帶寬增加了“超過一個數(shù)量級”，網(wǎng)絡(luò)帶寬也顯著增加。

此外，富士通還提高了京超算的雙精度運算性能。富士通商業(yè)策略和開發(fā)部門的Koji Uchikawa解釋說，為了提高應(yīng)用程序的通用性，它還增加了對半精度浮點運算的支持，這種運算可以減少AI等應(yīng)用程序的內(nèi)存負載，在這些應(yīng)用程序中，低精度是可以接受的。

除了采用Arm指令集架構(gòu)外，富士通還與英國劍橋的Arm控股公司合作，該公司開發(fā)并授權(quán)Arm技術(shù)，以允許可伸縮矢量擴展實現(xiàn)新的指令。

此外，富士通還為這款芯片開發(fā)了自己的微架構(gòu)。雖然處理器的指令集架構(gòu)在硬件和軟件之間進行接口以向處理器提供指令，但是它沒有定義芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。相反，這是微架構(gòu)的工作，因為它直接影響處理器的性能，富士通認為這將是一個對它有利的重要差異化因素。

理研和富士通在采用新架構(gòu)時看到了其他一些優(yōu)勢，尤其是設(shè)計本身的節(jié)能特性，比如電源開關(guān)，可以在不需要CPU的時候降低某些元件的功率。富士通聲稱其耗電量僅為30到40兆瓦，而京超算的耗電量為12.7兆瓦，盡管Post-K的目標是在應(yīng)用程序處理速度上相比京超算提高100倍。

富士通和理研都表示，它們也打算利用Arm的大型軟件生態(tài)系統(tǒng)?！拔覀?、富士通和其他合作伙伴將在高端服務(wù)器領(lǐng)域推動Arm生態(tài)系統(tǒng)，”理研的松岡聰說。他補充說，這將有助于富士通的商業(yè)成功，因為“不僅可以向外部公司出售他們的系統(tǒng)，還可以出售芯片”。

與此同時，富士通“將為京超算提供兼容的性能平衡，以便在重新編譯后可以遷移當(dāng)前的應(yīng)用程序?！?/p>

最近，在美國橡樹嶺國家實驗室新安裝的超級計算機Summit，使美國重獲超級計算機全球排名的榜首位置，這是六年來的首次。根據(jù)6月份的Top500榜單，Summit取得了122.3 petaflops的性能，中國的神威·太湖之光以93 petaflops的性能位居第二。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的Sierra以71.6 petaflops排名第三。

因此，假如Post-K在2021年前后上線，不過到時，它將發(fā)現(xiàn)，爭奪領(lǐng)先地位的競爭對手比比皆是。比如，中國的新一代百億億次超級計算機“天河三號”有望在2020年研制成功，并且其原型機早已亮相。不過，松岡對這種比較不屑一顧。“登上榜首不是我們關(guān)心的問題。對于大多數(shù)應(yīng)用程序來說，Post-K可能表現(xiàn)出最快的解決時間和最大的可擴展性，因為它擁有出色的內(nèi)存和網(wǎng)絡(luò)帶寬，以及出色的節(jié)能設(shè)計。”

毫無疑問，不久之后超算領(lǐng)域的競爭對手將會煥然一新。