趨勢大師|從全球Top 500超級電腦排名看各國高速運算的發展

出版時間 2022/05/18
NVIDIA去年發表超級電腦劍橋一號。資料照片
NVIDIA去年發表超級電腦劍橋一號。資料照片

本文作者微驅科技總經理吳金榮

電腦是人類邁入資訊世界,奠定現代化科技的基石。1946年全球第一台電子計算機ENIAC在美國誕生後,經科學家、工程師全力研究下,電腦的發展「一日千里」,從體機龐大、高耗電的「龐然大物」,縮小到今日可攜帶的筆記型電腦,功能也快速提升。

具高速運算能力的超級電腦,是基礎科學、氣象、國防等重要的工具。美國是最早發展超級電腦的國家,1976年美國克雷(Cray)研究所,推出每秒可執行8000萬個指令的超級電腦「CRAY-1」用於氣象預測。克雷是當時超級電腦的領導廠商,雄霸超級電腦市場多年。

1993年由德國曼漢大學的缪爾、美國能源國家研究所科學計算中心的史卓梅爾及賽門、美國田納西大學的唐加納,共同主持推動全球500大超級電腦排行榜(Top 500)計畫。

從1993年起,Top 500於每年的六月及十一月,各發布一次全球500大超級電腦排行榜,由此排行榜可一窺各國在超級電腦研究的實力與成果。

最近一次發布的Top 500排行榜為2021年11月。排名第一的超級電腦為日本的「富岳」(Fugaku)。這是由日本理化學研究所 (RIKEN) 與富士通 (Fujitsu) 共同研發的超級電腦。

「富岳」於2020年6月首度登上全球超級電腦的榜首,之後於2020年11月,2021年6月及2021年11月皆蟬聯全球第一。

「富岳」每秒運算速度最高達每秒442 千兆次浮點運算 (Peta FLOP),比第二名美國「Summit」的148.6 Peta FLOP/秒,高出很多。

「富岳」使用ARM 48核架構處理器,採用台積電7奈米製程生產,整個「富岳」系統共有158,976個節點,造價超過12億美元。

除了ARM架構的CPU外,大部分的超級電腦使用英特爾或超微的伺服器處理器,搭配輝達或超微的GPU打造而成。值得注意的是此次500大中,有73台採用超微的處理器,這突顯超微CPU的性能表現已達一流水準。

Top 500中排名第二的「Summit」是美國能源部「橡樹嶺國家實驗室」與IBM共同打造。

排名第三為美國的「Sierra」,運算最高速度為94.6 Peta FLOP/秒。排名第四為中國的「神威太湖之光」,運算最高速度為93 Peta FLOP/秒。排名第五為美國的「Perlmutter」,運算最高速度為70.87 Peta FLOP/秒。排名第六為美國的「Selene」,運算最高速度為63.46 Peta FLOP/秒。

排名第七為中國的「天河二號」,運算最高速度為61.45 Peta FLOP/秒。排名第八為德國的「JUWELS」,運算最高速度為44.12 Peta FLOP/秒。

排名第九為義大利的「HPC5」,運算最高速度為35.45 Peta FLOP/秒。排名第十為美國的「Voyage-EUS2」,運算最高速度為30.05 Peta FLOP/秒。

前十名中,美國占五台,中國占二台,日本、德國、義大利各有一台,美國領先群倫。

不過放大到整個500大來看,中國有173台超級電腦入榜,占34.6%,高居全球第一。美國149台超級電腦入榜,占29.8%,居全球第二。

日本32台超級電腦入榜,占6.4%,居全球第三。德國26台超級電腦入榜,占5.2%,居全球第四。法國19台超級電腦入榜,占3.8%,居全球第五。

荷蘭、加拿大、英國各有11台超級電腦入榜,分居全球第六、七、八名。韓國、俄羅斯各有7台超級電腦入榜,分居全球第九、十名。

我國有2台超級電腦入榜居全球第21名。

超級電腦主要的用途為國防上的核武模擬、彈道飛彈軌跡模擬、航太研究、氣象預測、新藥開發等等。超級電腦在軍事方面有很多用途,近年來美中關係「大不如前」,美國「處處提防」中國,美國政府關注中國超級電腦的發展,是意料中之事。

中國從1980年代起,就開始發展超級電腦,直到21世紀,中國方開始在全球超級電腦界嶄露頭角。2002年11月,中國首度以5台超級電腦,進入Top 500排行榜。

2010年11月,中國有41台超級電腦進入Top 500排行榜,僅次於美國的276台,成為全球超級電腦第二多,進榜的國家。2016年6月,中國以167台超級電腦,超越美國的165台,成為進入排行榜第一的國家。

2020年11月的排行榜,中國有214台超級電腦入榜,高居第一,美國則以113台超級電腦,居全球第二。

近年來,美國開始對中國發動「科技圍堵」策略,將不少與軍方關係「匪淺」的公司列入「實體名單」,管制美國高科技產品對這些公司的出口,這對中國發展超級電腦帶來不利的影響。

2021年11月Top 500的排行榜,中國雖仍高居第一,不過入榜數量減少,而美國則大幅增加。

另一值得觀察之處為俄羅斯,該國僅有9台超級電腦入榜,顯示俄羅斯在高科技的發展,還無法擠身一流的水準,遠遠落在美國、中國之後。無怪乎「俄烏之戰」,俄羅斯無法「勢如破竹」,很快地取得絕對的優勢。

微驅科技總經理吳金榮 ​