三款新型超級計算機榮登Green500 List

就在過去的幾年里，超級計算加速進入了超算時代——世界上最龐大的機器每秒能夠執行超過10億次運算。但是，除非效率的大幅提高能夠沿著指數增長曲線進行干預，否則預計計算也將需要越來越不切實際且不可持續的能源——甚至根據一項被廣泛引用的研究，到2040年，計算所需的能源將超過當今世界的總產出。

幸運的是，高性能計算社區現在不僅將重點轉移到提高性能（以原始PB級或EB級為單位）上，而且還轉移到更高的效率上，增加了每瓦的操作次數。

近日公布了最新的Top500超級計算機排名（世界上最強大的機器列表，https://www.top500.org/lists/top500/2024/06/）及Green500（世界上效率排名最高的機器，https://www.top500.org/lists/green500/2024/06/）。Top 500超級計算機中領先的10臺基本保持不變，由橡樹嶺國家實驗室的Frontier exascale計算機領導。前十名中只有一個新成員，排名第六：瑞士國家超級計算中心的Alps系統。與此同時，阿貢國家實驗室的Aurora將其規模擴大了一倍，但仍保持著第二梯隊的排名。另一方面，在Green500榜單上，新來者進入了前三名，這表明世界上一些最新的高性能系統可能在追求效率多余純粹的功率。

在新的Green500名單中，Jülich超級計算中心的原型系統JEDI名列榜首，該系統將用于其即將推出的JUPITER exascale計算機。排名第二和第三的是布里斯托爾大學的Isambard AI，也是一個更大計劃系統的第一階段，以及波蘭Cyfronet組織的Helios超級計算機。排在第四位的是上屆榜單的領導者，西蒙斯基金會的Henri。

Green500榜單上排名前三的系統有一個共同點——它們都是用英偉達的Grace Hopper超級芯片構建的，該芯片是Hopper（H100）GPU和Grace CPU的組合。偉達加速數據中心走向市場戰略總監Dion Harris表示，Grace Hopper架構如此高效的主要原因有兩個。第一個是Grace CPU，它得益于ARM指令集架構卓越的電源性能。此外，他說，它還集成了一種稱為LPDDR5X的存儲器結構，這種結構通常存在于手機中，并針對能效進行了優化。

Harris說，Grace Hopper的第二個優勢是在Hopper GPU和Grace CPU之間新開發的互連。該連接利用了CPU和GPU在一塊板上彼此接近的優勢，實現了每秒900吉比特的帶寬，大約是最新PCIe第5代互連的7倍。Harris提到，這使得GPU能夠快速訪問CPU的內存，這對于人工智能訓練或圖形神經網絡等高度并行的應用程序尤為重要。

三個頂級系統都使用Grace Hoppers，但Jülich的JEDI仍以顯著的優勢領先——每瓦72.7千兆次，而第二名為每瓦68.8千兆次（上屆排名第一為每瓦65.4千兆次）。JEDI團隊將他們的額外成功歸功于他們將芯片連接在一起的方式。他們的互連結構也來自英偉達——Quantum-2 InfiniBand——而不是其他兩個頂級系統使用的HPE Slingshot。

JEDI團隊還引用了他們為適應Green500基準所做的具體優化。除了使用所有最新的英偉達設備外，JEDI還通過其冷卻系統降低了能源成本。JEDI不使用空氣或冷凍水，而是在其計算節點中循環使用熱水來處理多余的熱量。Jülich高性能計算部門負責人Benedikt von St.Vieth表示：“在正常天氣條件下，多余的熱量可以通過自由冷卻裝置來解決，而不需要額外的冷水冷卻。”

JUPITER將使用與其原型JEDI相同的架構，von St.Vieth表示，他的目標是保持原型的大部分能效——盡管隨著規模的擴大，互連結構可能會損失更多的能量。

當然，最關鍵的是這些系統在實際科學任務中的性能，而不僅僅是在Green500基準上。“看到這些系統上線真的很令人興奮，”英偉達的Harris說，“但更重要的是，我們真的很高興看到這些系統的科學成果，因為我認為（能效）對應用的影響甚至比基準更大。”