總結(jié)了高性能計(jì)算在2017年取得的新進(jìn)展，以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

概要：2017年，機(jī)器學(xué)習(xí)和各種人工智能應(yīng)用在高性能計(jì)算領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮著重要影響力。

2017年12月9日，TOP500官網(wǎng)刊文總結(jié)了高性能計(jì)算在2017年取得的新進(jìn)展，以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，主要內(nèi)容如下所示。

1、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)成為高性能計(jì)算的殺手級(jí)應(yīng)用

2017年，機(jī)器學(xué)習(xí)和各種人工智能應(yīng)用在高性能計(jì)算領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮著重要影響力。隨著越來(lái)越復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，智能搜索引擎、廣告投放、語(yǔ)言翻譯以及圖像識(shí)別等應(yīng)用變得越來(lái)越智能。機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與傳統(tǒng)高性能計(jì)算技術(shù)的結(jié)合成為新的發(fā)展趨勢(shì)。

在天氣建模、金融風(fēng)險(xiǎn)分析、天體物理建模以及醫(yī)學(xué)診斷等特殊應(yīng)用中，開(kāi)發(fā)人員越來(lái)越依靠機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)提高模型準(zhǔn)確率及模型實(shí)現(xiàn)速度。同時(shí)，傳統(tǒng)的超算平臺(tái)在機(jī)器學(xué)習(xí)算法的研發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于超級(jí)計(jì)算機(jī)中圖形圖像處理單元（GPU）的功能越來(lái)越強(qiáng)大，它們也擔(dān)負(fù)起越來(lái)越多的機(jī)器學(xué)習(xí)研究任務(wù)。

2、英偉達(dá)公司的Volta GPU在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域表現(xiàn)強(qiáng)勁

英偉達(dá)公司推出VoltaV100 GPU，鞏固了其在人工智能領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。VoltaV100 GPU是Volta架構(gòu)下的首款高性能GPU，每個(gè)內(nèi)核具有高達(dá)120萬(wàn)億次（teraflops）的深度學(xué)習(xí)能力，并可以在任何具有備用PCIe端口的機(jī)器上部署使用。亞馬遜、微軟和百度等公司將相繼使用該設(shè)備。

除了超強(qiáng)的深度學(xué)習(xí)能力以外，V100 GPU的雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算能力可以達(dá)到每秒7 teraflops，使其同樣適合傳統(tǒng)的高性能計(jì)算機(jī)的配置。美國(guó)能源部的兩臺(tái)功能最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)Summit和Sierra都將配置該GPU。在該款GPU的推動(dòng)下，Volta架構(gòu)能同時(shí)滿(mǎn)足傳統(tǒng)的高性能計(jì)算機(jī)與最新的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的需求。

3、英特爾探索近百億億次超算，拋棄Knights Hill產(chǎn)品

2017年10月，美國(guó)能源部發(fā)布報(bào)告表示，將取消于2018年在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室部署180千萬(wàn)億次（petaflop）超級(jí)計(jì)算機(jī)Aurora的計(jì)劃。這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)原計(jì)劃將使用英特爾的下一代至強(qiáng)（Xeon Phi）處理器——Knights Hill。而現(xiàn)在，Aurora將在2020-2021年間被新打造為一個(gè)具有接近百億億次運(yùn)算能力的新系統(tǒng)。11月份，英特爾透露他們已放棄Knights Hill產(chǎn)品，尚未公布任何有關(guān)Xeon Phi產(chǎn)品線的替代路線圖。

4、AMD產(chǎn)品試圖替代英特爾和英偉達(dá)芯片

2017年6月，AMD公司推出EPYC芯片，這是該公司自皓龍（Opteron）處理器發(fā)布以來(lái)第一款可以替代英特爾Xeon處理器系列的產(chǎn)品。同英特爾在7月份推出的全新SkylakeXeon系列處理器相比，EPYC具有更多的核心數(shù)、更高的I/O連接以及更大的內(nèi)存帶寬。雖然EPYC錯(cuò)過(guò)了在2017國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)（ISC 2017）上亮相的機(jī)會(huì)，但隨后的第三方測(cè)試和它在全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)（SC17）上的表現(xiàn)證明，EPYC處理器對(duì)提升很多高性能計(jì)算機(jī)的工作負(fù)荷具有一定的優(yōu)勢(shì)。

在SC17上，AMD在2016年12月發(fā)布的一款GPU——Radeon Instinct也受到了廣泛的關(guān)注，該款GPU標(biāo)志著AMD公司開(kāi)始涉足機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域。該款GPU雖然也能提供很強(qiáng)的浮點(diǎn)計(jì)算能力，但與英偉達(dá)V100的深度學(xué)習(xí)能力相比還是有很大的差距，因?yàn)橛ミ_(dá)公司在其產(chǎn)品上增加了專(zhuān)門(mén)用于加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的算術(shù)單元。因此，AMD公司轉(zhuǎn)而選擇通過(guò)更開(kāi)放的GPU支持軟件來(lái)吸引更多的用戶(hù)。

5、凱為（Cavium）半導(dǎo)體公司成為ARM高性能計(jì)算的重點(diǎn)

2016年5月，Cavium公司推出第二代系統(tǒng)級(jí)芯片——ThunderX2 ARM處理器，直到2017年，該款產(chǎn)品才受到消費(fèi)者和供應(yīng)商的關(guān)注。該處理器憑借其良好的性能、超大內(nèi)存帶寬以及豐富的外部鏈接能力，戰(zhàn)勝了很多ARM處理器廠商的產(chǎn)品。

2017年，Atos/Bull、Cray、HPE等公司相繼選擇ThunderX2 ARM處理器來(lái)支持其高性能計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。隨著ARM生態(tài)日趨成熟，2018年高性能計(jì)算在框架設(shè)計(jì)方面有望取得重大突破。

6、微軟在高性能計(jì)算領(lǐng)域的影響力逐漸提升

2017年8月，微軟公司收購(gòu)Cycle Computing公司，以加速其Azure公有云中的高性能計(jì)算，該舉措大大提升了微軟在高性能計(jì)算領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。盡管微軟仍在Azure云中為其客戶(hù)提供NVIDIA GPU技術(shù)支持以滿(mǎn)足他們對(duì)于高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)分析以及深度學(xué)習(xí)任務(wù)的需求，但從長(zhǎng)期來(lái)看微軟還是在朝著大量應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）技術(shù)的方向發(fā)展。如果該計(jì)劃最終能實(shí)現(xiàn)的話(huà)，微軟有望引起那些更加注重計(jì)算性能的用戶(hù)對(duì)可重構(gòu)計(jì)算的興趣，并最終成為這一技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。

7、量子計(jì)算成為研究熱點(diǎn)

2017年，量子計(jì)算是高性能計(jì)算領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)之一。短時(shí)間內(nèi)，量子計(jì)算從晦澀難懂的研究項(xiàng)目一躍成為各大公司競(jìng)相研究的技術(shù)。IBM和谷歌在2017年構(gòu)建出功能越來(lái)越強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)。IBM目前已經(jīng)部署一臺(tái)具有20量子位的機(jī)器供用戶(hù)使用，并設(shè)計(jì)了一臺(tái)具有50量子位的原型機(jī)。與此同時(shí)，谷歌正在部署一臺(tái)具有22量子位的機(jī)器和一臺(tái)49量子位的機(jī)器。

2017年10月，Intel公司也向外界公布了量子計(jì)算領(lǐng)域規(guī)劃，并披露一款17量子位的處理器。同時(shí)，微軟將會(huì)研發(fā)一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的量子計(jì)算機(jī)，雖然該計(jì)劃還是處于研發(fā)階段，但微軟已經(jīng)針對(duì)該技術(shù)研發(fā)成功了一個(gè)使用量子計(jì)算編程語(yǔ)言（Q#）的軟件包。同時(shí)歐洲公司Atos/Bull在2017年推出了一款40量子位的量子模擬器，這是在硬件開(kāi)發(fā)方面的一大進(jìn)步。

8、百億億次計(jì)算研究遇到瓶頸

同上一年相比，2017年各個(gè)國(guó)家和地區(qū)在百億億次級(jí)運(yùn)算項(xiàng)目方面的競(jìng)爭(zhēng)逐漸緩和了下來(lái)。究其原因，可能是因?yàn)楦鱾€(gè)國(guó)家和地區(qū)的相關(guān)技術(shù)已基本成熟，現(xiàn)在更多的是按照自己的節(jié)奏往前發(fā)展。

有分析師指出，高性能計(jì)算的未來(lái)進(jìn)展并不一定在于實(shí)現(xiàn)百億億次級(jí)別的計(jì)算能力，而是通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。高性能計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的融合甚至可能會(huì)重新定義百億億次運(yùn)算系統(tǒng)的模式。