在昨日舉行的ISC 2019國(guó)際超算大會(huì)上，全球超算500強(qiáng)出爐，中國(guó)超算失榜首但在數(shù)量上以219臺(tái)蟬聯(lián)第一，遠(yuǎn)超過美國(guó)116臺(tái)，而美國(guó)Summit以20億億次運(yùn)算速度暫奪世界超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的頭把交椅，據(jù)悉，這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)搭載的近28000塊NVIDIA GPU提供了95%的計(jì)算力。

現(xiàn)如今，超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域已開始向百萬(wàn)兆級(jí)計(jì)算規(guī)模進(jìn)擊。美國(guó)目前在建的Aurora及Frontier中包括加速器等主要硬件分別由Intel及AMD提供。NVIDIA也不甘缺席，在本屆超算大會(huì)上宣布，將利用其芯片與Arm的處理器打造超級(jí)計(jì)算機(jī)，進(jìn)一步推動(dòng)英偉達(dá)開發(fā)用于氣候變化預(yù)測(cè)和核武器建模的系統(tǒng)。NVIDIA支持Arm CPU，或?yàn)楦咝阅苡?jì)算行業(yè)構(gòu)建節(jié)能、支持AI的百萬(wàn)兆級(jí)超算開辟全新途徑。

Arm具備足夠?qū)嵙M(jìn)擊Exascale超算領(lǐng)域

英國(guó)Arm公司是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)供應(yīng)商， 于2016年被日本軟銀集團(tuán)(SoftBank)以234億英鎊(約合310億美元)高價(jià)收購(gòu)，該公司為大多數(shù)手機(jī)芯片提供底層處理器技術(shù)。

但Arm處理器與英特爾或IBM芯片的不同之處在于，Arm本身并不制造芯片。相反，它將底層技術(shù)授權(quán)出去，這樣其他人就可以自主制造芯片。華為、蘋果、三星、高通、飛利浦等各大芯片廠商們都從Arm那里購(gòu)買授權(quán)，全球超90%的智能設(shè)備均采用Arm架構(gòu)，包括手機(jī)、平板、手表、電視、無(wú)人機(jī)等。

在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算的服務(wù)器市場(chǎng)，英特爾x86處理器長(zhǎng)期占據(jù)主導(dǎo)地位, 隨著Arm處理器的崛起，傳統(tǒng)x86 CPU市場(chǎng)面臨著巨大的威脅。

經(jīng)過多年發(fā)展，很多面向高性能計(jì)算的應(yīng)用及AI框架也支持了Arm指令集架構(gòu)，同時(shí)目前Arm內(nèi)核的性能也大幅提高。和其他架構(gòu)相比，Arm的一大特色在于出色的能效，它能夠?yàn)槌?jí)計(jì)算機(jī)提供開放式架構(gòu)，因此用戶可以添加各種有益于超級(jí)計(jì)算的技術(shù)，例如緊密集成。

一直以來(lái)，Arm都在尋求機(jī)會(huì)將其處理器擴(kuò)展至高性能計(jì)算領(lǐng)域。2016年8月宣布將與日本富士通公司合作，開發(fā)一個(gè)以64位ARMv8-A驅(qū)動(dòng)的Post K超級(jí)計(jì)算機(jī);同年12月宣布收購(gòu)Allinea Software公司，后者主要為超級(jí)計(jì)算機(jī)提供性能分析工具;2018年6月，美國(guó)能源部下屬的桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室宣布建造基于Arm處理器的超算Astra，并于同年11月現(xiàn)身TOP500列表;于此同時(shí)，Cray在英國(guó)氣象局交付了一臺(tái)基于Arm的超級(jí)計(jì)算機(jī)Isambard;而且日本的下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)Post-K也同樣基于Arm架構(gòu)。

就美國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)Astra為什么選擇Arm，制造方惠普稱“Arm服務(wù)器在功耗方面更加經(jīng)濟(jì)，可以打包的更加緊密，且惠普青睞該平臺(tái)的內(nèi)存性能。”

而且如中國(guó)的飛騰等公司已經(jīng)使用ARMv8指令集設(shè)計(jì)出了FT-2000+/64處理器，Arm加入Exascale超算領(lǐng)域其實(shí)力已然足夠。

據(jù)悉，全球眾多涉及超級(jí)計(jì)算的項(xiàng)目或單位都在尋求Arm的加入，包括歐洲處理器計(jì)劃(European Processor Initiative)、日本先進(jìn)情報(bào)項(xiàng)目中心 (RIKEN)、美國(guó)能源部的先鋒項(xiàng)目(DOE Vanguard project)等。

NVIDIA將支持Arm CPU打造超級(jí)計(jì)算機(jī)

長(zhǎng)期以來(lái)，NVIDIA始終以為PC提供圖形芯片而聞名，以使視頻游戲看起來(lái)更逼真。近些年來(lái)NVIDIA在AI新興領(lǐng)域投入巨大，其CUDA加速計(jì)算實(shí)力不可小覷，因而日益成長(zhǎng)為數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的佼佼者。

NVIDIA的CUDA GPU芯片被用于與英特爾、IBM等公司的中央處理器(CPU)協(xié)同工作，完成大規(guī)模并行計(jì)算的加速任務(wù)。昨日發(fā)布的Green500排行榜，在全球最節(jié)能的25款超級(jí)計(jì)算機(jī)中，有22款都得益于NVIDIA的支持。

而實(shí)現(xiàn)這些的關(guān)鍵因素在于：采用NVIDIAGPU的超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠?qū)⒎敝氐奶幚碜鳂I(yè)卸載至更為節(jié)能的并行處理CUDA GPU之上;NVIDIA與Mellanox合作優(yōu)化整體超級(jí)計(jì)算集群的處理;以及NVIDIA發(fā)明的SXM3D封裝和可實(shí)現(xiàn)極密集型擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)的NVIDIA NVLink互連技術(shù)。

據(jù)了解，NVIDIA與Arm有10年的合作基礎(chǔ)，此前，NVIDIA幾款用于便攜式游戲、自動(dòng)駕駛汽車、機(jī)器人和嵌入式AI計(jì)算的系統(tǒng)級(jí)芯片產(chǎn)品都采用了Arm。對(duì)于此次雙方推進(jìn)在在超算領(lǐng)域的合作，NVIDIA解決方案架構(gòu)與工程團(tuán)隊(duì)副總裁Marc Hamilton表示，NVIDIA和Arm已為這個(gè)計(jì)劃準(zhǔn)備了兩年左右，現(xiàn)在是最佳的發(fā)布時(shí)機(jī)。

盡管英偉達(dá)加速計(jì)算部門副總裁伊恩·巴克(Ian Buck)表示，從技術(shù)角度看，建造配有Arm處理器的超級(jí)計(jì)算機(jī)將是一個(gè)“嚴(yán)峻的考驗(yàn)”。但他坦言，英偉達(dá)之所以這么做，是因?yàn)闅W洲和日本的研究人員希望利用Arm的技術(shù)開發(fā)超級(jí)計(jì)算芯片，這實(shí)際上為他們提供了超越IBM和英特爾的第三種選擇，他們可以在這方面擁有更多控制權(quán)。

談及Arm的技術(shù)時(shí)，巴克表示，“這種開放性使得Arm的技術(shù)非常有吸引力，它能夠?yàn)槌?jí)計(jì)算提供一個(gè)開放式架構(gòu)，這也是我們宣布支持Arm的原因。”

據(jù)悉，NVIDIA將于今年年底前向Arm生態(tài)系統(tǒng)提供全堆棧的AI、HPC軟件，該堆棧為600多個(gè)HPC應(yīng)用程序和所有AI框架提供加速，其中包括了所有NVIDIA CUDA-X AI和HPC庫(kù)、GPU加速的AI框架和軟件開發(fā)工具，比如支持OpenACC的PGI編譯器和性能分析器。

堆棧優(yōu)化完成后，NVIDIA將為所有主要CPU架構(gòu)提供加速，至此，NVIDIA將完成了在x86、POWER(OpenPower)及Arm多種處理器指令集體系結(jié)構(gòu)上構(gòu)建超算。對(duì)于Arm而言，通過將NVIDIA軟件棧引入Arm生態(tài)系統(tǒng)，將進(jìn)一步助推其在HPC服務(wù)器市場(chǎng)的創(chuàng)新。

NVIDIA創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛表示：“NVIDIA CUDA加速的計(jì)算和Arm的高能效CPU架構(gòu)的相結(jié)合，將助力HPC社區(qū)實(shí)現(xiàn)大幅提升，以達(dá)到百萬(wàn)兆級(jí)。”

對(duì)于NVIDIA CUDA架構(gòu)向Arm的開放，超級(jí)計(jì)算中心、系統(tǒng)提供商和系統(tǒng)級(jí)芯片制造商，包括Ampere Computing、Cray、CSC、EPI、HPE、Julich、Marvell、Mellanox、日本物理化學(xué)研究所計(jì)算科學(xué)研究中心等，均認(rèn)為該舉有利于解決HPC行業(yè)日益不可持續(xù)的功耗水平問題。

作為促進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要工具，超級(jí)計(jì)算機(jī)已挺進(jìn)“百萬(wàn)兆級(jí)”。在這個(gè)賽道上，如今又迎來(lái)了一位新的重量級(jí)選手。NVIDIA 能否將 CUDA和Arm的軟件生態(tài)無(wú)縫銜接, 為高性能計(jì)算行業(yè)構(gòu)建節(jié)能、支持AI的百萬(wàn)兆級(jí)超算開辟全新途徑，值得觀望。