ISC20线上开幕，基于ARM的超算系统“富岳”问鼎冠军

导 读6月22日， ISC20大会正式拉开大幕，虽然因为新冠病毒疫情大会改为了线上举行，但通过周密的安排，大会仍旧吸引了4000多名来自全球各地的超算专业人员参会，秉承传统，把最前沿的进展、最权威的思想和观点，共享给世界。

TOP500榜单公布，“富岳”超算系统夺得第一

大会的第一项议程便是公布备受瞩目的第55届全球TOP500超级计算机排名。时隔九年后，TOP500榜首再次被日本的超级计算机夺得，由富士通研制、部署在日本理化所的“富岳”系统以Linpack实测性能415.5PFlop/s、理论峰值514PFlop/s 的成绩正式登顶，性能较排名第二位的Summit系统提升了近3倍。

富岳系统外观图

作为首台登顶TOP500的基于ARM架构的超级计算机，富岳采用富士通48/52核A64FX ARM 处理器，全系统共158976个节点，每个节点含384核心，系统内存总容量为4.87PB，内存带宽为163PB/s，系统总功耗为28.3MW。

A64FX处理器

不仅Linpack性能领先，富岳还以13PFlop/s位列HPCG排名第一，效率高达2.8%，是第二名Summit的近一倍。同时，在2020年TOP500新增的用于衡量超算系统的机器学习应用性能的HPL-AI排名上，富岳的峰值性能达到1.45EFlop/s，同样位列第一。投入使用后，在RIKEN选定的9大目标应用中，富岳系统的性能与其前任系统“京”相比，最高将提升100倍。

▲ 富岳系统架构图

富岳系统的研制实际从其前任“京”（K Computer）系统时期就已开始，2011年6月，“京”夺得TOP500第一，次年日本就已开始规划其继任系统；2014年，“Post K计划”正式启动；2019年3月，“Post K”开始生产并正式命名为“富岳”（Fugaku）；2019年底，“富岳”开始装机；2020年5月，“富岳”部署完毕，6月登顶世界第一。富岳系统的规划与研制时间超过5年，在复用“京”的部分基础设施的情况下，新系统的总投资仍然达到70亿元。驱动如此大投入的正是自主超级计算机的重要作用，各领域对超算的巨大需求。

除了富岳，本届TOP500排名前十迎来了另3套新系统，分别是由戴尔研制、部署在意大利Eni S. p. A.的HPC5系统（排名第六、linpack 性能35.5PFlop/s），由英伟达研制部署自用系统Selene（排名第七、linpack 性能27.6PFlop/s），由IBM研制、部署在意大利CINECA的Marconi-100系统（排名第9，linpack 性能21.6PFlop/s）。

超算十年，冠军系统性能增长超过100倍

从2010年到2020年,这十年见证了中美日交替领先,共同促进超算系统的研制水平、应用水平的发展历程。2010年11月，“天河一号”代表我国首次夺得世界超算TOP500排名第一；2011年6月，“京”超级计算机取得领先；2012年，美国的Sequoia和Titan系统先后登顶；从2013年开始，中国的“天河二号”与“太湖之光”持续占据TOP500第一长达5年；2018年，美国Summit与Sierra系统问世；2020年富岳代表日本再夺第一。十年的时间里,TOP500冠军系统的峰值性能提升超过100倍。

富岳的登顶让美国、中国、日本三国超算对TOP500计算能力的占比进一步拉近，分别为29%、25%和24%。同时，富岳也推动世界超算向E级计算又迈进了一步，日本理化学研究所科学计算中心主任Satoshi Mastuoka教授在会上回答提问时表示，研制富岳的目标是满足应用的需求，只要经费允许，富岳还将继续升级。与此同时，美国的三台E级计算机Aurora、El Capitan、Frontier，中国十三·五计划建设的三台E级计算机都在紧张研制中，计划在未来1-2年内问世，无论谁最先达到下一个顶点，都将推动全球超算展进入一个全新的发展阶段。

各国算力占比

正是在富岳系统的前任“京”夺得世界第一的2011年，ARM通过欧洲的Mont-Blanc项目正式进入高性能计算领域。近年来，随着各厂商开始将ARM处理器推向服务器端，ARM 64位指令集和向量指令Neon等的推出，以Linaro等为代表的软件生态社区不断壮大，基于ARM的超算系统已开始登上世界超算最顶尖的舞台。此次TOP500榜单中已有4台基于ARM的系统，分别是富岳及其原型机（排名205），部署在名古屋大学的新系统Flow（第37位），以及部署在美国桑迪亚国家实验室的Astra（第245位）。虽然目前还无法与Intel和IBM等巨头比肩，但随着各国下一代超算系统纷纷选择ARM，在不久的将来，ARM必将在世界超算系统的版图中占据重要的一席之地。

世界各国专家谈HPC/AI在抗击Covid-19方面的研究

大会第一天的另一个亮点是主题为“Covid 19 & HPC/AI”的讨论会，重点邀请了美、日、欧国家和地区的专家，分享他们利用最新的HPC，AI技术对抗COVID 19的经验与成果，全球超算共抗疫情。

来自美国阿贡实验室负责计算、环境和生命科学的副主任Rick Stevens教授，介绍了美国为应对COVID-19疫情危机，所做的一些相关研究工作。

美国于今年3月份创立了COVID-19高性能计算联盟，该联盟由白宫科学技术政策办公室、IBM和美国能源部发起，截止目前共有成员40家，包括7家国家实验室，11家高性能计算技术企业，13家高等院校和科研院所，以及9家联邦机构，该联盟能够提供136,000个节点，超过480 petaflops的算力。该联盟旨在为全球范围内COVID-19冠状病毒的研究人员提供强大的高性能计算资源，以加快科学发现、协助病毒治疗和疫苗研制。目前，联盟用户总数超过5万，Stevens教授还重点介绍了联盟支持下的有重要进展的66个COVID-19相关的研究项目，主要包含基础科学、疾病疗法和病患护理相关的三大类研究。Stevens教授还介绍了美国通过“HPC+AI”的方式进行药物筛选和新药研发方面的工作，通过ECP CANDLE构建了一个约有60TB的数据、超过40亿种化合物的庞大数据库，借助CANDLE计划计算基础设施来支持分子化合物的大规模对接以及机器学习训练，最终使用“HPC+AI”的方法加速刺突蛋白的研究，助力COVID-19药物筛选和新药研发。

日本理化学研究所科学计算中心主任Satoshi Matsuoka教授介绍了“富岳”为代表的日本超算在HPC领域科技抗疫行动和成果。作为刚刚获得包括TOP500在内的4个超算权威榜单冠军的明星超算系统，富岳在抗疫斗争的中表现备受关注。

原定2021年4月正式启用的富岳提早一年投入到全球抗疫战争中，2020年4月进入边部署安装边运营的阶段。当前主要支持了COVID-19相关的5个主题的科研项目，包括探索新的抗COVID-19候选药物、病毒表面的蛋白质构象动力学的预测、COVID-19蛋白的片段分子轨道计算、流行病现象的模拟分析以及室内环境下病毒飞沫感染的预测与防范措施。依托富岳丰富的计算资源以及协同设计的应用环境，多项工作都取得了快速的进展，为揭示病毒特征、加快疫苗研发、改善诊断和治疗效果、控制与防范疫情等方面发挥了重要作用。据了解，Fugaku的研发愿景不仅是为了加速科学研究突破，更是为了帮助日本实施“超智能社会5.0（Society 5.0）”战略，在那里虚拟空间与现实空间将高度融合，人人将过上安全舒适的生活。当前对抗COVID-19的特殊举措就是由富岳背后的愿景与目标驱动的。

来自英国伦敦大学的Peter Coveney教授带来了主题为《超级计算、COVID-19与医学变革》的报告。目前，研制一种新药平均需要十年或更长时间，经费投入高达数十亿美元。而面对当下前所未有的COVID-19疫情，全球确诊已经超900万例，我们需要更快速度地给出治疗方案。超级计算机是达成这一目标的重要工具，特别是在建立准确的3D蛋白质组结构、筛选小分子和现有潜在药物、研制疫苗等方面，超算都将发挥重要的作用。Coveney教授介绍了国际计算生物医药联盟CompBioMed为应对全球COVID-19危机在模拟计算和科学实验方面所做的工作以及取得的成果。通过加强支撑生物学，生理学和病理学的基础理论研究，建立最严格的验证定量标准的计算模型，并依托欧洲，美国乃至全球最强大的超级计算机上运行这些模型，Coveney教授坚信我们可以实现真正的预测生物科学，这标志着我们研发新药物的方式将发生根本性的转变。

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撰稿：莫倩、万园园、岳苹

微信编辑：岳苹

初审：莫倩

审核：万园园

审核发布：李奈青

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