ISC21 | 未来已来，E级超算时代近在咫尺

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导 读
以“SHAPING TOMORROW”为主题的2021国际超算大会（ISC21），邀请了数千位全球超算精英汇聚云端，深度解读超算前沿技术与发展趋势，探讨借助超算与大数据、AI融合的强大动能加速科技创新，共同推动人类社会持续快速发展。++

ISC21近日圆满闭幕，超算技术发展态势与进展如何？超算应用如何影响人类生活的方方面面？在最新揭晓的榜单和超算竞赛结果中,我国有什么亮眼的表现？一年一度的Keynote总结和展望有哪些内容？让我们一起回顾此次盛会不可错过的精彩内容吧！

超算体系架构发展：欧洲处理器计划EPI

欧洲处理器计划（EPI）董事会主席兼Atos/Bull战略主管Jean-Marc Denis做了题为《下一代超级计算机将是处理器架构的游戏改变者》的专题演讲，讨论了未来超级计算机体系结构和处理器架构的设计理念，并介绍了EPI的研发进展和欧洲第一款处理器Rhea的相关信息。

Denis指出，未来的体系架构将迎来模块化时代，整体系统是处理工作（数据）流不同阶段的同质模块的集合，系统中既有同构CPU组成的通用处理模块，也可以包含CPU和GPU、FPGA、神经形态处理器或量子加速器等组成的异构处理模块。同时，为了提供足够的计算性能，CPU处理器架构也将是模块化的，能支持多种指令集，驱动许多不同类型的加速器，拥有更多的PCIe/CXL通道、HBM、DDR以及将这些整合在一起的灵活性。此外，通用CPU未来将在效能最大化上持续精进，提供更大的访存带宽，更高的数据处理与计算性能以及更绿色的性能功耗比。

基于上述设计理念，EPI研发的Rhea处理器综合使用了Arm、RISC-V、HBM、PCIe 5等多种技术，是兼顾高性能通用计算和人工智能加速，既高效又节能的处理器。Denis介绍道，EPI发布的路线图中已经考虑了两代RHEA的规划，其中第一代Rhea芯片上集成了基于Arm Neoverse V1定制的ZEUS内核和29个RISC-V内核，采用7nm制造工艺，由法国芯片设计公司SiPearl制造，预计将用于2022年或2023年使用在欧洲E级超算系统上。

多尺度模型+机器学习，加速预测超级电容器

由于超级电容器充电/放电率高、循环寿命长、原材料轻质且廉价，其作为能源存储在网格存储、交通充电等领域备受关注。但如何使其达到最⼤能量密度和电容是亟待解决的问题。同时，如何在实验和理论上验证也是一大挑战，这需要在不同尺度包括从微观到宏观层⾯的模拟研究。来自法国国家科学研究中心的Céline研究员，介绍了研究团队通过超级计算机模拟自设计的微观模型，达到相比分子动力学模型100,00倍左右的加速，并有效地预测储能系统中的电化学性能的相关工作。

Céline还重点介绍了资助超过100万欧元的SuPERPORES项目，该项目结合分子和介观模拟计算各种系统的电容和传输特性并⽤于模拟有序的三维多孔碳，从而为新一代的超级电容器制定设计原则。最后，Céline讨论了使用机器学习方法在原始尺度加速相关属性的计算，通过设定物理参数与机器学习方法计算参数，成功设计了一种紧束缚模型，能够使得大批量分子保持出色的一致性，极大提升了模型效率。

地震与超算：揭示地震的动力学作用

地震是我们不陌生的自然灾害。超级计算机使得我们对这一复杂且不确定的自然现象进行了更为精准、深入的探究，还能实现灾害的快速响应。地震是高度非线性和多尺度的过程，会破坏地壳并发出具有潜在破坏性的地震波。在现实中很多的地震，介质交界面并不是理想界面，存在一定的过渡带和交互层，高低速层交替堆积，需要计算这些情况下地震波的反射折射。使用基于物理学的地震描述、现代数值计算方法和特定的硬件优化，可以帮助人们分析地震动力学特征和危害性。

来自慕尼黑大学的地震学家Alice-Agnes Gabriel教授在报告中重点介绍了他们自主研发的固体地球软件平台SeisSol以及基于该平台的一系列的地震模拟应用。该软件可利用数据集成和三维建模对于地震中的复杂数据以及地球和海洋模型进行分析和模拟。通过该平台，对于多断层级联地震的数据分析可准确阐释地震的严重程度；基于SeisSol对地震中产生海啸的模拟丰富了地震的描述，可从抽象的数据变成更加具象、直观的过程。

近几年来，SesSol在多个P级超算系统上测试运行，包括中国的天河二号、德国SuperMuc-NG, 沙特阿拉伯Shaheen II, 芬兰Mahti和美国Frontera。其中在“天河二号”上模拟了1992年美国加州Landers地震波传播，实现了超过8000节点的混合异构并行，完成了百万核级地震模拟。该项应用于2014年成功入围了超算应用的最高奖项Gordon Bell奖。

Keynote: 2021年HPC发展总结与回顾

过去18年来，美国印第安纳大学Thomas Sterling教授每年都在ISC大会上对一年来HPC领域的成就与发展进行总结与展望。在ISC21上，Thomas首先介绍了HPC在抗击疫情中发挥的重要作用。HPC提供的强大算力与特定优化的软件，大大加速了药物发现、病毒蛋白质结构建模、病毒扩散模拟等研究工作。

紧接着Thomas介绍了全球E级超算的进展。日本富岳超算再度夺得Top500的冠军，但短时间内还不能达到E级性能。橡树岭实验室的Frontier超算系统将是美国第一个能够到达E级计算性能的超算，最快将于2021年下半年完成部署。随后他对欧洲的EuroJU LUMI (Large Unified Modern Infrastructure)项目，英国气象局重金打造“气象超脑”以及中国超算的发展情况都做了概括介绍。

Thomas还特别介绍了MPI接口的升级。历经三十年之久的消息传递接口（MPI），现在已经发展演进到了MPI 4.0，并将于近日发布。MPI 4.0带来了持久化集合通信，并能够根据硬件拓扑提供更多优化。

Thomas指出我们一直以来重视高性能计算人才培养。莫斯科国立大学专门为HPC开设了一门新专业，将于9月正式开学；HPC社区也在通过各种大学生超算竞赛如ISC、SC、ASC等来培养与挖掘超算人才。最后，他说道，希望疫情早日过去，ISC22我们可以相聚在大会现场。

“天河”E级验证系统摘得两项桂冠

在ISC21发布的国际Graph500排名中，由国防科技大学研制的“天河”E级（百亿亿次）计算机关键技术验证系统，获得SSSP Graph500（单源最短路径）榜单世界第一和BIG Data Green Graph500（大数据图计算能效）榜单世界第一的好成绩。

Graph500排行榜于2010年首次发布，是国际上评价超级计算机图计算性能的最权威榜单，主要针对当前热门的数据密集型应用（如人工智能、大数据处理等）实施评测，可充分体现超级计算机的访存和通信性能，直接反映超级计算机的数据处理能力。

“天河”E级验证系统能在强调实用好用、高效节能的关键评测中排名两项世界第一，标志着“天河”超级计算机在数据密集型应用方面取得了国际领先突破，这对于提升我国人工智能和大数据处理能力有着重要支撑作用。

大学生超算竞赛，中国队伍成绩瞩目

今年有全球13支参赛队伍进入ISC21大学生超算竞赛总决赛。受疫情影响，本次比赛依旧线上举办。参赛队员们需要熟悉和使用组委会指定的两大超算集群，完成三大HPC基准测试集（HPL/HPCG/HPCC）,同时在指定集群上完成一系列超算应用的部署和优化包括天气预报系统，量子力学原子模拟，DNA序列组装，分子动力学模拟等。

经过持续一个多月的激烈角逐，中国大学生参赛队伍成绩瞩目。清华大学参赛队夺得总冠军，暨南大学代表队和中山大学代表队分别获得了综合第三和第四的好成绩。最近几年来，不但越来越多来自中国的参赛队伍入围国际超算大学生竞赛如ISC、SC、ASC等的总决赛，而且越来越多的队伍获得了可喜的比赛成绩，展现了中国超算下一代的强劲实力。

受疫情影响，国际交流的步履明显变缓，大规模的线上ISC21为全球超算精英提供了难得的探讨交流、思维碰撞的沟通平台，人类迈进E级超算时代近在咫尺。相信即将到来的E级超算时代也将进一步驱动科技创新发展，助力塑造人类美好未来，让我们共同期待！

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撰稿：万园园、岳苹

素材提供：万文、胡南、周中柱、王永锋、丰光南

微信编辑：岳苹

初审：王栋

审核：黄聃

审核发布：李奈青