异构计算是超级计算机的核心技术
同构计算是指使用相同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式 ， 而指使用不同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式称为异构计算 。 不同种类的处理器都有适合其处理的任务类型 ， 比如CPU适合做串行 ， 逻辑复杂度高的任务；GPU（Graphics Processing Unit图形处理器 ， 主要用于图形处理和矩阵运算等）适合做简单 ， 并行度高的任务；TPU（Tensor Processing Unit张量处理单元 ， 为机器学习而定制的芯片 ， 主要用于人工智能领域）是一款推理芯片 ， 是为机器学习应用特别开发 ， 适用于深度学习中基于云端数据中心的实时处理阶段 ， 采用整数和矩阵运算 ， 牺牲了精确度 ， 换取更快的速度和更低的能耗 。 异构计算使用不同类型的处理器来处理不同类型的任务 ， 正所谓术业有专攻 。 目前主流的异构计算架构是“CPU+GPU” ， 其中我国超级计算机天河一号是国际上首台采用CPU+GPU异构计算的超级计算机系统 。
计算性能并非超级计算机系统的终极目标或唯一目标
除了数值计算 ， 图表（通过节点和分支表示数据间的关联性）解析计算在社交网络、网络安全、金融交易等领用应用越来越广泛 。 以图表解析性能为指标的超级计算机“Graph500”排行榜在2010年应运而生 。 Top500侧重于绝对速度的排名 ， 而Graph500则更侧重于实际应用 ， 代表着超级计算机对大数据的吞吐和处理能力 。 除了Top500和Graph500 ， 在超算领域还有一个评价效能的榜单的Green500 ， 这个榜单更关注单位能量下的运算能力 ， 目的是看看哪些超级计算机“最划算” 。 从2017年的Green500榜单来看 ， 前五名与中国无缘 ， “神威-太湖之光”以能效使用率6.051 GFloat/watts排在17位 。 “天河二号”超级计算机系统已近在100名以外了 ， 以2.078GFloat/watts排在117位 。
中科院计算所孙凝晖研究员说 ， 虽然运算速度已经走到世界前列 ， 但这并不代表整体技术水平也走进世界前列 。 “天河二号”副总设计师胡庆丰说 ， “与发达国家尤其是美国相比 ， 中国的超级计算机在核心电子器件、高端通用芯片和基础软件 ， 以及大型行业应用软件等方面存在明显差距 。 中国的超级计算机主要用户是ISP（互联网服务提供商Internet Service Provider） ， 而美国的情况截然不同 ， 它的超级计算机用户分布非常广泛 ， 有能源 ， 汽车 ， ISP ， 地理科学 ， 核武器研究实验室等等 。 用户的分布单一、民用化和商业化不足是天河系列和整个中国的超级计算机行业都存在的问题 。
超级计算机系统的应用领域非常广阔 ， 计算性能提升领先固然是好事 ， 但更为重要的是 ， 能不能使用这些超算系统研发商业化民用应用平台 ， 为社会公众、百姓生活带来实实在在的改变 。 中国超算 ， 加油！
作者：紫色蒲公英（笔名） 橘子科普团队 中国科学院自动化所副研究员
【“天河三号”首秀！超级计算机的CPU数量是最重要的吗？】审核人：北京工业大学教授 于乃功
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