本周，又是一年一度的高性能計算大會ISC。6月23日，又逢超級計算機TOP500榜單更新的時間。根據(jù)TOP500剛剛發(fā)布的超算TOP500榜單，中國部署了226臺位列第一，美國部署了114臺名列第二，日本以30臺位居第三。

2020年6月更新的TOP500超算系統(tǒng)排名

細看這份最新的榜單，可以發(fā)現(xiàn)TOP10的超級計算機中有8臺采用了英偉達GPU、InfiniBand網(wǎng)絡技術，或同時采用了兩種技術。TOP500榜單的系統(tǒng)中，有333套（三分之二）采用了英偉達的技術。

TOP500超算系統(tǒng)采用NVIDIA GPU、Mellanox網(wǎng)絡技術，或同時采用了這兩種技術數(shù)量

三年前的2017年6月，TOP500榜單使用英偉達和Mellanox（被英偉達以69億美元收購）的系統(tǒng)為203套，不到TOP500個超算系統(tǒng)的一半。為什么在超算領域英偉達能進展如此迅猛？TOP100超算為何要選英偉達？

高速數(shù)據(jù)互聯(lián)技術普及

英偉達愿意以高價收購Mellanox的重要原因是高速數(shù)據(jù)互聯(lián)在大數(shù)據(jù)時代變得越來越重要，在超算系統(tǒng)里尤為明顯。自2019年11月以來，TOP500榜單上使用HDR InfiniBand的系統(tǒng)數(shù)量幾乎增加了一倍。共有141臺超級計算機使用了InfiniBand，自2019年6月以來增長了12%。

如今，TOP500榜單上有將近四分之三（74%）的全新InfiniBand系統(tǒng)采用了NVIDIA Mellanox HDR 200G InfiniBand，這是智能高速數(shù)據(jù)互聯(lián)技術迅速普及的一個體現(xiàn)。另外，在TOP500超級計算機中，有305套系統(tǒng)使用了NVIDIA Mellanox InfiniBand和Ethernet網(wǎng)絡（占61%）。

InfiniBand為排名前10的超級計算機中的7臺提速

ISC期間，英偉達又宣布推出Mellanox UFM Cyber-AI平臺，新的平臺運用AI分析技術檢測安全威脅和運行問題并預測網(wǎng)絡故障，能夠大幅減少InfiniBand數(shù)據(jù)中心的停機時間。

收購Mellanox和智能高速數(shù)據(jù)互聯(lián)迅速普及是讓英偉達的產(chǎn)品在TOP500榜單中比例迅速提升的一個關鍵，但作為超算系統(tǒng)，性能更為關鍵。

超高性能系統(tǒng)像積木一樣搭建

特別是，當下AI和分析已成為科學計算中的新需求，全球各地的研究者都正在使用深度學習和數(shù)據(jù)分析預測各種最具潛力的領域，進而開展實驗。GTC2020上，英偉達就表示位于美國阿貢國家實驗室的研究者使用24臺NVIDIA DGX A100系統(tǒng)組成的集群對數(shù)十億種藥物進行掃描，以尋找COVID-19的治療方法。

英偉達最新發(fā)布的安培（Ampere）架構GPU A100正是推動超算系統(tǒng)選用英偉達產(chǎn)品的關鍵之一。在一臺6U服務器中集成了8顆A100 GPU以及NVIDIA Mellanox HDR InfiniBand網(wǎng)絡技術的NVIDIA DGX A100 AI系統(tǒng)單節(jié)點性能達到了創(chuàng)紀錄的5 petaflops。由140臺 DGXA100系統(tǒng)組成的新一代DGX SuperPOD的AI算力更是高達700 Petaflop。

這對于競爭已經(jīng)到了百萬兆級超算而言，意義重大，并且，這個系統(tǒng)具有很好的擴展性。英偉達表示， DGX SuperPOD架構設計展示了如何像搭積木一樣使用高性能NVIDIA Mellanox InfiniBand交換機連接20臺DGX A100系統(tǒng)。4名操作人員僅需不到1個小時，就能組裝起一套由20臺系統(tǒng)組成的DGX A100集群，創(chuàng)建出一套性能可以達到2-petaflops的系統(tǒng)。

據(jù)悉，通過添加NVIDIA Mellanox InfiniBand交換機層，英偉達工程師將14套分別配置有20臺DGX A100系統(tǒng)的模塊組的相連接，打造出了Selene。Selene系統(tǒng)具有：

280臺 DGX A100系統(tǒng)

2240顆NVIDIA A100 GPU

494臺NVIDIA Mellanox Quantum 200G InfiniBand交換機

56 TB/s的網(wǎng)絡架構

7PB的高性能全閃存

Selene最重要的性能規(guī)格之一是可以提供超過1 exaflops的AI性能。并且，在TPCx-BB關鍵數(shù)據(jù)分析基準測試中，使用了16臺DGX A100系統(tǒng)就創(chuàng)造了新紀錄，性能表現(xiàn)高出其他系統(tǒng)20倍。

在ISC 2020期間，英偉達還宣布推出PCIe版本的A100，為的是補充上月發(fā)布的四卡和八卡NVIDIA HGX A100配置，這樣，服務器制造商就能夠提供從內(nèi)置單個A100 GPU的系統(tǒng)到內(nèi)置10個或10個以上GPU的服務器，進一步更好地滿足超算系統(tǒng)構建需求。

除了性能，TOP500超算系統(tǒng)也非常關注能耗，這也是英偉達能吸引超算系統(tǒng)制造商的另一大原因。

能效平均提升2.8倍

根據(jù)英偉達的說法，在能效方面，TOP500超算使用英偉達GPU的系統(tǒng)與不使用的相比，能效（以gigaflops/watt為單位）平均高出2.8倍。最能證明這個優(yōu)勢的是上面提到的英偉達內(nèi)部研究集群新成員Selene。

據(jù)悉，Selene在Linpack基準測試中以27.5 petaflops的性能表現(xiàn)，在最新Green500榜單中排名第二，TOP500榜單中排名第七。Selene的功耗為20.5 gigaflops/watt，與Green500榜單上的第一名相差不大，但排名第一的MN-3系統(tǒng)體積更小，性能表現(xiàn)排在第394位。

NVIDIA GPU平均提高TOP500超級計算機能效2.8倍

值得一提的是，Selene是TOP100系統(tǒng)中唯一突破20 20 gigaflops/watt能效表現(xiàn)大關的系統(tǒng)，也是全球性能排名第二的工業(yè)超級計算機，僅次于意大利能源巨頭Eni S.p.A.的No. 6 系統(tǒng)。

而Selene的能效比TOP500系統(tǒng)的平均表現(xiàn)比未使用英偉達GPU的超算系統(tǒng)高出了6.8倍。這種性能和能效是歸功于A100 GPU中的第三代Tensor Core核心，最新一代Tensor Core可以為傳統(tǒng)的64位數(shù)學模擬及精度較低的AI工作提供加速。

雷鋒網(wǎng)小結

高性能計算處理器是一家公司產(chǎn)品性能領導力的體現(xiàn)，更是生態(tài)實力的體現(xiàn)。英偉達在ISC 2020期間宣布，今年夏天預計有30款搭載A100的服務器上市，年底還會有20多款系統(tǒng)上市。包括華碩、Atos、思科、Dell Technologies、富士通、技嘉科技、HPE、浪潮、聯(lián)想、One Stop Systems、Quanta/QCT和Supermicro。

黃仁勛在GTC2020上強調(diào)，DGX A100系統(tǒng)可以實現(xiàn)高利用率和低總擁有成本。當以高售價廣為人知的英偉達高性能GPU開始強調(diào)總體擁有成本和能效時，對于市場時的其他競爭者而言無疑是一個壞消息，這也正是吸引更多超算系統(tǒng)使用英偉達產(chǎn)品的關鍵因素。

并且，英偉達也推出了為安培架構和A100優(yōu)化的軟件支持，包括CUDA 11、50多個CUDA-X庫的新版本； 多模式對話式AI服務框架NVIDIA Jarvis；深度推薦應用框架 NVIDIA Merlin； RAPIDS開源數(shù)據(jù)科學軟件庫套件；NVIDIA HPC SDK。

正在通過軟硬件產(chǎn)品幫助開發(fā)者構建并加速HPC、基因組學、5G、數(shù)據(jù)科學、機器人學等領域的應用的英偉達，未來重點的提升方向會在哪？