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

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

三年前的2017年6月，TOP500榜單使用英偉達(dá)和Mellanox（被英偉達(dá)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(lǐng)域英偉達(dá)能進(jìn)展如此迅猛？TOP100超算為何要選英偉達(dá)？

高速數(shù)據(jù)互聯(lián)技術(shù)普及

英偉達(dá)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(jī)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(shù)迅速普及的一個體現(xiàn)。另外，在TOP500超級計算機(jī)中，有305套系統(tǒng)使用了NVIDIA Mellanox InfiniBand和Ethernet網(wǎng)絡(luò)（占61%）。

InfiniBand為排名前10的超級計算機(jī)中的7臺提速

ISC期間，英偉達(dá)又宣布推出Mellanox UFM Cyber-AI平臺，新的平臺運(yùn)用AI分析技術(shù)檢測安全威脅和運(yùn)行問題并預(yù)測網(wǎng)絡(luò)故障，能夠大幅減少InfiniBand數(shù)據(jù)中心的停機(jī)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(dá)的產(chǎn)品在TOP500榜單中比例迅速提升的一個關(guān)鍵，但作為超算系統(tǒng)，性能更為關(guān)鍵。

超高性能系統(tǒng)像積木一樣搭建

特別是，當(dāng)下AI和分析已成為科學(xué)計算中的新需求，全球各地的研究者都正在使用深度學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析預(yù)測各種最具潛力的領(lǐng)域，進(jìn)而開展實驗。GTC2020上，英偉達(dá)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(jìn)行掃描，以尋找COVID-19的治療方法。

英偉達(dá)最新發(fā)布的安培（Ampere）架構(gòu)GPU A100正是推動超算系統(tǒng)選用英偉達(dá)產(chǎn)品的關(guān)鍵之一。在一臺6U服務(wù)器中集成了8顆A100 GPU以及NVIDIA Mellanox HDR InfiniBand網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的NVIDIA DGX A100 AI系統(tǒng)單節(jié)點(diǎn)性能達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)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(dá)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(kuò)展性。英偉達(dá)表示， DGX SuperPOD架構(gòu)設(shè)計展示了如何像搭積木一樣使用高性能NVIDIA Mellanox InfiniBand交換機(jī)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(dá)到2-petaflops的系統(tǒng)。

據(jù)悉，通過添加NVIDIA Mellanox InfiniBand交換機(jī)層，英偉達(dá)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(jī)

56 TB/s的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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(guān)鍵數(shù)據(jù)分析基準(zhǔn)測試中，使用了16臺DGX A100系統(tǒng)就創(chuàng)造了新紀(jì)錄，性能表現(xiàn)高出其他系統(tǒng)20倍。

在ISC 2020期間，英偉達(dá)還宣布推出PCIe版本的A100，為的是補(bǔ)充上月發(fā)布的四卡和八卡NVIDIA HGX A100配置，這樣，服務(wù)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(wù)器，進(jìn)一步更好地滿足超算系統(tǒng)構(gòu)建需求。

除了性能，TOP500超算系統(tǒng)也非常關(guān)注能耗，這也是英偉達(dá)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(dá)的說法，在能效方面，TOP500超算使用英偉達(dá)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(dá)內(nèi)部研究集群新成員Selene。

據(jù)悉，Selene在Linpack基準(zhǔn)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(jī)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(guān)的系統(tǒng)，也是全球性能排名第二的工業(yè)超級計算機(jī)，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(dá)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(xué)模擬及精度較低的AI工作提供加速。

雷鋒網(wǎng)小結(jié)

高性能計算處理器是一家公司產(chǎn)品性能領(lǐng)導(dǎo)力的體現(xiàn)，更是生態(tài)實力的體現(xiàn)。英偉達(dá)在ISC 2020期間宣布，今年夏天預(yù)計有30款搭載A100的服務(wù)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(qiáng)調(diào)，DGX A100系統(tǒng)可以實現(xiàn)高利用率和低總擁有成本。當(dāng)以高售價廣為人知的英偉達(dá)高性能GPU開始強(qiáng)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(dá)產(chǎn)品的關(guān)鍵因素。

并且，英偉達(dá)也推出了為安培架構(gòu)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(wù)框架NVIDIA Jarvis；深度推薦應(yīng)用框架 NVIDIA Merlin； RAPIDS開源數(shù)據(jù)科學(xué)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(gòu)建并加速HPC、基因組學(xué)、5G、數(shù)據(jù)科學(xué)、機(jī)器人學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用的英偉達(dá)，未來重點(diǎn)的提升方向會在哪？