6月17日，新一期全球超算500强榜单出炉，入选500强的所有超算浮点运算速度都冲破每秒万万亿次，中国超算也在前四占有两席位置。
通俗较量机用指令运算速度权衡较量机能，而超算平日用浮点运算速度来权衡其机能。那么，什么是浮点运算速度，超算榜单为什么会选择浮点运算速度来进行对照？500强稀奇是前十的超算，科学家们都在想哪些法子让浮点运算速度越来越快？节能环保是对超算的另一权衡指标，超算要节能环保，最新的研究思路和实现策略又有哪些？6月19日，科技日报记者带着这些问题，走访了业内相关专家。
浮点运算速度 权衡超算机能的基准程式之一
“超等较量机被称为‘国度重器’，属于国度计谋高手艺范畴，是世界列国竞相比赛的科技最高点。今朝，高机能较量机范畴市场竞争日趋激烈，美国、欧洲、..和中都城在加快超等较量机的研发。”国度超等较量无锡中心主任杨广文说。
“浮点运算速度是指较量机系统每秒能够处理的浮点把持，平日用FLOPS来透露。”江南大学物联网工程学院副院长柴志雷副传授说，超算榜单选择浮点运算速度作为对比参考，是因为超等较量机首要用于科学较量范畴，而这些范畴的较量首要采用浮点数。
江苏理工学院较量机工程学院副院长范洪辉副传授敷陈记者，浮点是指小数点位置不固定的数，它们执行的算术运算会消费大量较量资源并或者发生误差，所以单元单子时间内浮点运算的次数，是权衡超算机能的基准程式之一。
常州信息职业手艺学院软件与大数据学院钱币中博士透露，较量机只能存储和处理整数，经由整数乘以某个基数的整数次幂，是较量机透露实数尤其是小数的方式。
“浮点运算在运算数巨细转变局限很大的场合能够实现很高的较量精度，是科学研究中的典型运算。大多数处理器中，都有专门处理浮点运算的浮点运算单元（FPU），FLOPS就是浮点运算单元的执行速度。”钱币中说。
中国高机能较量重点研发专项总体组组长、中山大学数据科学较量机学院院长钱德沛透露，选用浮点运算速度作为超算运算能力的评价尺度，是因为科学工程较量软件中包含了大量的浮点数运算，浮点运算速度快的较量机平日也可以更快运行相关的科学工程较量软件。
把复杂的工作细分 超算界没有最快只有更快
超等较量机具有很强的较量和处理数据的能力，首要特点示意为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及高机能软件系统。现有的超等较量机运算速度，多半能够达到每秒一万亿次以上。
常州信息职业手艺学院电子工程学院牛杰博士介绍，超等较量机的立异设计在于把复杂的工作细分并分派给分歧的处理器。凭据阿姆达尔定律，超等较量机的设计都集中在削减软件序列化、用硬件在瓶颈上加快。
今朝，世界排名前十的超算，根基都是经由优化CPU（中央处理器）与GPU（图形处理器）之间的保持收集构造来提拔GPU和协处理器机能，增加内存容量、扩充存储容量、增大收集带宽、借助运算加快卡等体式提拔算力，最终在高机能较量系统、收集架构、系统软件、应用撑持等要害手艺上取得冲破。
柴志雷认为，提拔超等较量机系统的浮点处理能力，不是纯真让浮点运算自己更快，而是从整个系统的角度，提拔芯片工艺，优化系统架构、节点较量机能、存储接见机能、节点间通信等，从而使得系统的整体能力获得提拔。今朝，还经常采用在系统中增加加快器等方式，来获得更高较量效率。
钱币中介绍，实现超算的手艺有大规模并行较量法，这种方式使多个处理器一路工作，每个处理器处理一个大问题中的分歧义务。这种方式有两种实现途径：一种是网格较量法，多个较量机保持成涣散的分布式构造，分属分歧的掌握区域，当需要较量机时从中择机选择；另一种是把处理器组织为关系慎密的集群。现代超算使用无限带宽系统、三维环面互连等手艺，在大规模并行系统中提高集群的速度和天真性。
国度超等较量无锡中心进步制造部部长任虎介绍，今朝，提高浮点运算速度的方式首要有：提高芯片较量焦点的时钟频率，增加芯片上钩算焦点的数量，经由多流水线、乘加融合（FMA）等手艺增加单元单子时间内处理浮点运算的能力。
例如，曙光星云采用了自立研发的超并行处理系统构造、神威蓝光超算采用了大规模并行处理系统构造、河汉一号采用了多阵列可设置协同并行系统构造、河汉二号采用了自创的新型异构多态系统构造。此外，互联收集、存储、系统软件、应用软件、电源和冷却等系统都对超算的机能有着主要的影响，所以超算的世界里没有最快，只有更快。
Green500 超算界针对能效的排行榜
“节能环保是权衡超算的另一指标。超算中心是高机能较量机的规模应用，功率密度高，且历久运行在高负荷率前提下，耗能极高。经由优化软硬件设置的确能降低一部门功耗，但最基本泉源是要研发较量机能优异且超低功耗的高机能处理器。今朝，若何实现低能耗的超算是全球科学家研究的热点问题。” 范洪辉敷陈记者。
牛杰介绍，超算界还有一种被称为“Green500”的排行，就是以较量机每瓦功耗能够供应的较量速度为指标，针对超等较量机能效的排行榜。
从积年的评测究竟来看，刀片办事器一样比集群式办事器更节能，被普遍使用在超算系统中。Green500排名靠前的前三大系统都采用了PEZY加快器，而前十大的其余系统则使用NVIDIA GPU作为加快器。个中，PEZY系统采用的是液体冷却体式，也就是说，整个系统浸没在液体中，这比透过板载空气或水更具有节能效率。
超算深腾7000能够实时定位较量机的热源分布和构造特点，采用作废悉数电扇、在每套机柜内安装喷淋蒸发冷却轮回系统的方式，完成了产物的实施。该项目与传统的风冷、水冷手艺比拟，具有冷却效率高、温度分布平均、低噪音、低功耗、靠得住性高档长处。
相对风冷，中国的“神威蓝光”超算中心，行使复杂的水冷系统，实现CPU、内存、元器件的冷却并带走热量，几乎不损耗水且无噪音，进步环保，就像三明治夹心，水冷板被紧紧地夹在两块CPU板中央，无缝同步散热。
若何让超算实现低能耗？柴志雷认为，低功耗较量也是超等较量机研制的主要方面，从芯片制造、架构设计、软件设计多个条理都需要做大量的工作。好比在架构设计上，能够经由增加异构加快单元，提拔系统的能效比。
范洪辉提出，重点应降低每个部件的耗能，尤其是CPU的能耗。同时要改善存储器件的设计，削减数据行进的距离；让高机能存储器向三维扩展而不是朝二维延伸；超算要与闪存连系，来改变电压或频率等节约功率；其次，能够采用包罗能模拟大脑内神经元把持的神经形态电路或量子较量模式，缔造出新型的较量机，好比生物较量机和量子较量机。
令人欣慰的是，我国正在经由多方面发力，让超等较量机更节能环保。例如，曾获中国专利奖精良奖的“基于物联网手艺的数据中心动力情况监测系统”，采用超低功耗的无线数据采集手艺、三维建模及虚拟仿真手艺、智能剖析手艺等，有效消弭了机房内局部热点，解决了功耗稀奇大的难题，实现超算中心平安不乱和节能的方针。
