日本Fugaku超级计算机：科学研究与商业需求的巨大动力

·工程7（2021）6新闻亮点日本拉明·斯基巴高级技术作家截至2020年6月，日本的Fugaku超级计算机在TOP500（世界500个最强大的计算机系统的半年度排名）中Fugaku的峰值性能为每秒4.155亿亿次浮点运算（petaflops），是美国田纳西州橡树岭橡树岭国家实验室的Summit超级计算机突出了这个领域变化的速度，Summit 仅 在 2018 年 6 月 从 中 国 的 93 petaflops Sun- wayTaihuLight超级计算机中脱颖而出撇 开 吹 嘘 的 权 利 不 谈 ， TOP500 的 竞 争 远 不 止 是 最 大 的petaflops。推进学术研究和商业需求继续提供强大的动力，推动这些复杂的，巨大的计算机可以变得多么强大“这真的是关于实现其他类型的计算，否则是不可能的，”加利福尼亚大学圣地亚哥超级计算机中心的物理学教授兼开放科学网格的执行主任FrankWürthwein说，这是一个国家分布式计算合作伙伴关系，促进了美国数据密集型研究的高吞吐量计算。科学家们垂涎这些顶级超级计算机的令人印象深刻的能力，以用于广泛的研究应用。这些包括天体物理学和宇宙学模拟，以不断提高的分辨率模拟宇宙的大片区域，以及可以产生更准确预测的气候变化和天气建模。超级计算机还用于在没有核试验的情况下模拟核电站和武器爆炸，以及测序和分析人类基因组。它们也被用于航空航天、医疗和制药工业的商业研究。凭借其前所未有的速度，Fugaku一直被寻求进行尖端研究，包括模拟严重急性呼吸系统综合征冠状病毒的传播2（SARS-CoV-2）冠状病毒在空气飞沫中的作用[3]。由于超级计算机的价值很高，对超级计算机时间的需求远远超过了可用性。美国能源部橡树岭领导力计算设施项目主任贾斯汀·惠特说，超级计算机几乎一直在使用，使用超级计算机时间的建议往往超过所能容纳的四到五倍更多的超级计算机和更强大的超级计算机意味着更大的科学进步潜力。‘‘Almost科学家们会说，这为科学开辟了新的途径Fugaku由富士通和日本神户的RIKEN计算科学中心联合开发，由超过700万个核心组成，具有使用1024GB s-1的2.2 GHz中央处理单元，以及三维堆叠内存，以便在更靠近处理器的位置加载更多数据（图1）[4]。这是第一个超级计算机使用功率和成本效益，先进的精简指令集计算机机器此外，与大多数超级计算机同行使用的图形处理单元不同，Fugaku采用了一种被称为向量计算的流线型处理架构Fugaku它的峰值功耗--30兆瓦--几乎是顶峰的两倍‘‘These Dongarra说，超级计算机，包括它们的网络和冷却系统，一直都很大，但技术变化很快，小型化和硬件和软件的其他进步从越来越紧凑的系统中挤出了更多的以今天的标准来看，几十年前的早期超级计算机会被认为既笨重又慢得令人难以置信。‘‘My laptop is faster尽管由于2019年冠状病毒病大流行而推迟，但Fugaku在TOP500名单上的统治可能会很短，预计许多百亿亿次超级计算机的努力将在2021年取得成果。由于速度比当前一代的大多数千万亿次超级计算机快一个数量级，这些亿次级的机器每秒将进行超过1万亿次的运算。位于美国田纳西州橡树岭的https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.12.0032095-8099/©2020 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engR. Skibba Engineering 7（2021）6Fig. 1.一个机柜包含一组近159000个节点，这些节点耦合在一起为日本的Fugaku超级计算机提供动力。整个机器占地1950 平方米，约三个网球场的大小.图片来源：Raysonho（CC BY-SA 4.0）。位于美国伊利诺伊州莱蒙的国家实验室和位于预计将在2021年达到亿亿级阈值[5，7]。Dongarra说，中国除了中国（226台）、美国（113台）和日本（29台）之外，全球其他主要的超级计算参与者包括法国（19台）、德国（16台）、荷兰（15台）、爱尔兰（14）、加拿大（13）、英国（10）和意大利（7）[1]。引用[1] 日本 凭借ARM 超级 计算机 摘得TOP500桂冠 [互联 网] Sinsheim ：TOP500;2020 Jun 22 [引自2020 Oct 19]。可从https://www.top500.org/news/japan-captures-top500-crown-arm-powered-supercomputer/获得。[2] 帕尔默·J，超级超级计算机。 工程2019;5（3）：357-8。[3] 超级计算机模拟冠状病毒飞沫如何传播[互联网]。东京：日本; 2020年10月14日[引用2020年10月22日]。可查阅：https：www.nippon.com/en/news/ntv20201014003/supercomputer-simulates-how-coronavirus-droplets-spread.html。[4] 日本的Fugako超级计算机完成了有史以来第一次高性能基准测试。纽约：IEEE Spectrum;2020 年 6 月 29 日 [ 引 用 于 2020 年 10 月 22 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 得 ：https://spectrum.ieee.org/tech-talk/computing/hardware/japans-fugaku-supercomputer-is-first-in-the-world-to-top-all-high-performance-benchmarks。[5] 曼恩 核心概念：新生的亿次超级计算机提供了希望，目前的挑战。Proc Natl AcadSci USA2020;117（37）：22623-5.[6] 放大图片作者：J.LINPACK基准测试：过去、现在和未来。Concurr Comput2003;15（9）：803-20.[7] 美国能源部和Cray将在ORNL提供创纪录的前沿超级计算机。橡树岭：橡树岭国家实 验 室 ; 2019 年 5 月 7 日 [ 引 用 于 2020 年 10 月 22 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://www.ornlgov/news/us-department-energy-and-cray-delivery-record-setting-frontier-supercomputer-ornl.7