超算芯片霸主之爭，終究將迎來結(jié)局

2020年4月，以近70億美元被英偉達(dá)最終收購的以色列頂級(jí)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公司Mellanox，在長達(dá)半年多的“沉默”后，在11月迎來了兩件足以引起業(yè)內(nèi)轟動(dòng)的大事。首先，陪Mellanox走了21年，并一手促成這筆交易的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Eyal Waldman宣布離職，并留下了一句頗為瀟灑的話：

“在達(dá)成這筆交易時(shí)，我就知道我要離開了。你知道我用幾十年創(chuàng)建一家公司并做出所有決策，不是用來做第二名的?！?/p>

其次，就在今天，Mellanox作為英偉達(dá)GPU家族的一部分，被英偉達(dá)融入了新的網(wǎng)絡(luò)連接架構(gòu)產(chǎn)品——NVIDIA Mellanox 400G InfiniBand。

此后，它將以“GPU伴侶”的身份，率先打入數(shù)據(jù)中心市場的最精銳部隊(duì)——超級(jí)計(jì)算機(jī)市場。

NVIDIA Mellanox 400G InfiniBand產(chǎn)品的架構(gòu)組成。簡單來說，就是一個(gè)用以連接其他服務(wù)器與英偉達(dá)產(chǎn)品的組件

英偉達(dá)在今天的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上，再次刷新了自己最強(qiáng)大GPU產(chǎn)品線——企業(yè)級(jí)加速器A100的 性能紀(jì)錄。

新一代的A100 GPU將高帶寬內(nèi)存提升至80GB，比上一代擴(kuò)大一倍。這意味著，每秒超過2TB的內(nèi)存帶寬，會(huì)讓數(shù)據(jù)在內(nèi)存與GPU之間流通得更加迅速，以便“承受”研究人員建立更大規(guī)模人工智能模型和數(shù)據(jù)集帶來的壓力。

“現(xiàn)在要在AI和高性能計(jì)算（HPC）的研究成果上繼續(xù)突破上限，科學(xué)家們必須要構(gòu)建更大更復(fù)雜的模型，那么便需要比以往更大的內(nèi)存容量與更高的帶寬?！?英偉達(dá)應(yīng)用深度學(xué)習(xí)研究副總裁Bryan Catanzaro指出。

英偉達(dá)在英國劍橋的超算中心部署了由若干塊A10080GB組成的DGX系統(tǒng)

實(shí)際上，除了改變芯片產(chǎn)品的架構(gòu)，把成百上千塊芯片用最高效的形式“連”起來，當(dāng)然也能解決科學(xué)家們每秒/百億億次的超大計(jì)算需求，而收購的Mellanox的用意便在于此。

如果你見過位于無錫的中國超級(jí)計(jì)算機(jī)“太湖之光”，就會(huì)發(fā)現(xiàn)“這臺(tái)計(jì)算機(jī)”其實(shí)是一個(gè)由成百上千臺(tái)黑色機(jī)柜組成的計(jì)算機(jī)集群，可以填滿一間約1000平米的屋子。

它既可以被稱為“高性能計(jì)算機(jī)群”，也可以被看做是一個(gè)不小規(guī)模的數(shù)據(jù)中心。

當(dāng)然，這些黑色機(jī)柜的性能，要比普通服務(wù)器強(qiáng)大太多，由4萬多塊不同種類的國產(chǎn)芯片組成，僅集成它們就是一項(xiàng)極為艱巨的任務(wù)，用時(shí)兩年，總投入超過了18億人民幣。

位于無錫超算中心的太湖之光

而NVIDIA Mellanox 400G InfiniBand的作用，便是將超級(jí)計(jì)算機(jī)中上萬塊CPU、GPU以及其他種類芯片“連接”在一起。在發(fā)揮性能最大化的同時(shí)，每塊芯片的數(shù)據(jù)傳輸效率也不能有太多損耗。

“之前CPU與GPU之間的互聯(lián)，都是通過英偉達(dá)的NVlinks（一種總線及其通信協(xié)議），但這個(gè)東西互聯(lián)的效率沒有特別好，不能簡單擴(kuò)展到上千塊芯片互聯(lián)的超算場景。”參與研發(fā)過TPU，芯英科技聯(lián)合創(chuàng)始人楊龔軼凡告訴虎嗅，Mellanox擅長的便是此前英偉達(dá)最大的短板之一，

“一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，各品牌芯片之間的高效配合，極為重要。之前英偉達(dá)的NVlinks只能和IBM的CPU互聯(lián)。而收購Mellanox后，英偉達(dá)增強(qiáng)了用芯片構(gòu)建超算系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，可以讓GPU與其他品牌和種類的芯片進(jìn)行連接?！?/p>

換句話說，英偉達(dá)找到了“讓自己產(chǎn)品輕松插進(jìn)包括英特爾在內(nèi)，所有服務(wù)器芯片接口”的方法。

超算市場，不可忽視的芯片掘金地

英偉達(dá)的這次全系列產(chǎn)品，無一例外面向的都是“燒錢魔窟”——超級(jí)計(jì)算機(jī)市場。

舉個(gè)例子，在2020年6月頒布的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)Top500榜單上，排名第二的美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備了2個(gè)IBM的 Power9 CPU和 6個(gè)英偉達(dá)的Tesla V100。這樣的節(jié)點(diǎn)有4356個(gè)，總耗資2億美元。

而在2019年3月，美國能源部阿貢實(shí)驗(yàn)室公開宣布，將耗資5億美元搭建新一代超級(jí)計(jì)算機(jī) Aurora 。這臺(tái)將在2021年實(shí)現(xiàn)交付的超級(jí)計(jì)算機(jī)，并非追求一味追求計(jì)算速度，而是需要針對人工智能等新技術(shù)應(yīng)用采用新的設(shè)計(jì)思路。

那么這筆巨額政府合同的主要受益者是誰？外界猜測是美國最大的CPU生產(chǎn)商英特爾與著名超算系統(tǒng)集成商Cray。

但不可忽視的是，隨著超算系統(tǒng)被用在人工智能研究領(lǐng)域的次數(shù)越來越多，額外裝載的加速芯片GPU，逐漸成為搭建超級(jí)計(jì)算機(jī)的必選品。

因此，英偉達(dá)也在全球許多超算項(xiàng)目中獲得了頗為豐厚的收益，包括美國技術(shù)最強(qiáng)大的國家實(shí)驗(yàn)室——橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室、阿貢實(shí)驗(yàn)室，都是英偉達(dá)最好性能產(chǎn)品的首批嘗鮮者。

美國迄今最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit（巔峰），在最新的Top500榜單中排名第2。

超級(jí)計(jì)算機(jī)之間的競爭，從來都被看作是國家之間技術(shù)實(shí)力的競爭。

盡管這是一個(gè)狹隘的衡量標(biāo)準(zhǔn)，但這些超級(jí)計(jì)算機(jī)群的確在很多軍事與科學(xué)任務(wù)中發(fā)揮著極為重要的作用，譬如武器設(shè)計(jì)與密碼破譯，再譬如模擬氣候變化，研究與診斷新冠病毒。

很多前所未有的材料與化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不太可能在云端執(zhí)行，因此部署高性能服務(wù)器便顯得格外重要。

“沒有人愿意燒很多錢去做一些幾十年沒成果的新技術(shù)研究，但是這些研究卻很有必要，那么這些新技術(shù)的運(yùn)算就需要超級(jí)計(jì)算機(jī)來支持?！币晃粯I(yè)內(nèi)人士告訴虎嗅。

而這場競爭中，中國與美國理所當(dāng)然是最為強(qiáng)勁的參賽選手，也是最愿意砸錢做超算系統(tǒng)的兩個(gè)科技大國。

2020年6月，盡管Top500的榜首之位，被日本神戶理研計(jì)算中心耗資10億美元的超算系統(tǒng)Fugaku奪走，但在這500個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)中，中國擁有其中226個(gè)系統(tǒng)，而美國則占據(jù)114個(gè)。

2020年6月最新榜單的前10名。在2016年~2017年蟬聯(lián)4次冠軍的中國超級(jí)計(jì)算機(jī)太湖之光位于第四名，天河二號(hào)第五名。

因此，如果按照每臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)單價(jià)上億美元來計(jì)算，這是一個(gè)令人垂涎的市場。而政府一次又一次創(chuàng)下記錄的巨額訂單，對商業(yè)公司產(chǎn)生著越來越大的吸引力；

此外，毫無疑問，由于超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的都是難度最高的技術(shù)研發(fā)任務(wù)，它們的存在，是未來技術(shù)下沉到工業(yè)和消費(fèi)級(jí)市場的源動(dòng)力。

國家之間的超級(jí)計(jì)算機(jī)之戰(zhàn)從幾十年前就已打響。一開始，大多數(shù)超級(jí)計(jì)算機(jī)使用的微處理器都是從英特爾和AMD的PC芯片演變而來，然而，就是在過去5年里，數(shù)據(jù)量開始如爆炸般增長，新技術(shù)應(yīng)用層出不窮，因此最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)開始加大專業(yè)芯片的使用力度，而英偉達(dá)，便是最大的受益者之一。

從圖中可以看出，2020年~2025年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，是2010~2020年數(shù)據(jù)量的三倍。圖片來自英偉達(dá)。

不過有意思的是，日本Fugaku打敗中國和美國最強(qiáng)計(jì)算機(jī)的“源動(dòng)力”，竟然是富士通的48核 A64FX SoC，這應(yīng)該是榜單上第一個(gè)由ARM處理器提供動(dòng)力的超算系統(tǒng)（雖然不想把英偉達(dá)和ARM的收購聯(lián)系起來，但這好歹是個(gè)開始）。

“未來超算市場，目前現(xiàn)在的共識(shí)是HPC+AI。也就是說，未來AI是超算的典型應(yīng)用，而且量級(jí)很大。所以英偉達(dá)，想要作為未來霸主，保持在這個(gè)市場的領(lǐng)先地位。當(dāng)然，高性能計(jì)算市場，一切都沒那么容易?！?br /> 責(zé)編AJX