在昨日舉行的ISC 2019國際超算大會上，全球超算500強出爐，中國超算失榜首但在數量上以219臺蟬聯第一，遠超過美國116臺，而美國Summit以20億億次運算速度暫奪世界超級計算機領域的頭把交椅，據悉，這臺超級計算機搭載的近28000塊NVIDIA GPU提供了95%的計算力。

現如今，超級計算機領域已開始向百萬兆級計算規(guī)模進擊。美國目前在建的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，在本屆超算大會上宣布，將利用其芯片與Arm的處理器打造超級計算機，進一步推動英偉達開發(fā)用于氣候變化預測和核武器建模的系統。NVIDIA支持Arm CPU，或為高性能計算行業(yè)構建節(jié)能、支持AI的百萬兆級超算開辟全新途徑。

Arm具備足夠實力進擊Exascale超算領域

英國Arm公司是全球領先的半導體知識產權(IP)供應商， 于2016年被日本軟銀集團(SoftBank)以234億英鎊(約合310億美元)高價收購，該公司為大多數手機芯片提供底層處理器技術。

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，它將底層技術授權出去，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那里購買授權，全球超90%的智能設備均采用Arm架構，包括手機、平板、手表、電視、無人機等。

在超大規(guī)模數據中心和高性能計算的服務器市場，英特爾x86處理器長期占據主導地位, 隨著Arm處理器的崛起，傳統x86 CPU市場面臨著巨大的威脅。

經過多年發(fā)展，很多面向高性能計算的應用及AI框架也支持了Arm指令集架構，同時目前Arm內核的性能也大幅提高。和其他架構相比，Arm的一大特色在于出色的能效，它能夠為超級計算機提供開放式架構，因此用戶可以添加各種有益于超級計算的技術，例如緊密集成。

一直以來，Arm都在尋求機會將其處理器擴展至高性能計算領域。2016年8月宣布將與日本富士通公司合作，開發(fā)一個以64位ARMv8-A驅動的Post K超級計算機;同年12月宣布收購Allinea Software公司，后者主要為超級計算機提供性能分析工具;2018年6月，美國能源部下屬的桑迪亞國家實驗室宣布建造基于Arm處理器的超算Astra，并于同年11月現身TOP500列表;于此同時，Cray在英國氣象局交付了一臺基于Arm的超級計算機Isambard;而且日本的下一代超級計算機Post-K也同樣基于Arm架構。

就美國超級計算機Astra為什么選擇Arm，制造方惠普稱“Arm服務器在功耗方面更加經濟，可以打包的更加緊密，且惠普青睞該平臺的內存性能。”

而且如中國的飛騰等公司已經使用ARMv8指令集設計出了FT-2000+/64處理器，Arm加入Exascale超算領域其實力已然足夠。

據悉，全球眾多涉及超級計算的項目或單位都在尋求Arm的加入，包括歐洲處理器計劃(European Processor Initiative)、日本先進情報項目中心 (RIKEN)、美國能源部的先鋒項目(DOE Vanguard project)等。

NVIDIA將支持Arm CPU打造超級計算機

長期以來，NVIDIA始終以為PC提供圖形芯片而聞名，以使視頻游戲看起來更逼真。近些年來NVIDIA在AI新興領域投入巨大，其CUDA加速計算實力不可小覷，因而日益成長為數據中心市場的佼佼者。

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

而實現這些的關鍵因素在于：采用NVIDIAGPU的超級計算機能夠將繁重的處理作業(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)化整體超級計算集群的處理;以及NVIDIA發(fā)明的SXM3D封裝和可實現極密集型擴展節(jié)點的NVIDIA NVLink互連技術。

據了解，NVIDIA與Arm有10年的合作基礎，此前，NVIDIA幾款用于便攜式游戲、自動駕駛汽車、機器人和嵌入式AI計算的系統級芯片產品都采用了Arm。對于此次雙方推進在在超算領域的合作，NVIDIA解決方案架構與工程團隊副總裁Marc Hamilton表示，NVIDIA和Arm已為這個計劃準備了兩年左右，現在是最佳的發(fā)布時機。

盡管英偉達加速計算部門副總裁伊恩·巴克(Ian Buck)表示，從技術角度看，建造配有Arm處理器的超級計算機將是一個“嚴峻的考驗”。但他坦言，英偉達之所以這么做，是因為歐洲和日本的研究人員希望利用Arm的技術開發(fā)超級計算芯片，這實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。

談及Arm的技術時，巴克表示，“這種開放性使得Arm的技術非常有吸引力，它能夠為超級計算提供一個開放式架構，這也是我們宣布支持Arm的原因。”

據悉，NVIDIA將于今年年底前向Arm生態(tài)系統提供全堆棧的AI、HPC軟件，該堆棧為600多個HPC應用程序和所有AI框架提供加速，其中包括了所有NVIDIA CUDA-X AI和HPC庫、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構上構建超算。對于Arm而言，通過將NVIDIA軟件棧引入Arm生態(tài)系統，將進一步助推其在HPC服務器市場的創(chuàng)新。

NVIDIA創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛表示：“NVIDIA CUDA加速的計算和Arm的高能效CPU架構的相結合，將助力HPC社區(qū)實現大幅提升，以達到百萬兆級。”

對于NVIDIA CUDA架構向Arm的開放，超級計算中心、系統提供商和系統級芯片制造商，包括Ampere Computing、Cray、CSC、EPI、HPE、Julich、Marvell、Mellanox、日本物理化學研究所計算科學研究中心等，均認為該舉有利于解決HPC行業(yè)日益不可持續(xù)的功耗水平問題。

作為促進科學發(fā)現的重要工具，超級計算機已挺進“百萬兆級”。在這個賽道上，如今又迎來了一位新的重量級選手。NVIDIA 能否將 CUDA和Arm的軟件生態(tài)無縫銜接, 為高性能計算行業(yè)構建節(jié)能、支持AI的百萬兆級超算開辟全新途徑，值得觀望。