2021中国高性能计算机性能TOP100排行榜有哪些看点
在中国高性能计算（HPC）领域，有一个名为HPC TOP100的排行榜，它每年对我国最快的100台高性能计算机（也称超级计算机或超算）按Linpack性能进行排名。HPC TOP100 自从2002年首次发布以来，今年已有20年的历史。TOP100提供了我国高性能计算机硬件系统性能、应用领域以及厂商份额的总体情况，被业界广泛认为是评估中国HPC发展状况的风向标。2021年度的HPC TOP100排行榜在11月12日举行的第三届中国超级算力大会（ChinaSC) 上揭晓，今年的榜单有哪些看点呢？
图1：中国HPC TOP100发布20周年
平衡的智慧
众所周知，高性能计算是一个国家顶尖科技能力的展现，也是世界强国争夺的关键领域。在新一代E级超算研制方面，中国、美国、日本、欧盟都推出了相应的研制计划，尤其是中美在这一领域的竞争更日趋白热化。2015年，美国商务部对国防科大及相关超算中心实行禁运，2019年6月又将中科曙光及相关子公司、江南所列入“实体名单”。到目前为止，我国主要的超算研制单位和所有的国家超算中心都被列入了“实体名单”，美方试图通过封锁技术和切断供应链来保持其领先地位。面对复杂的国际形势，自从2019年起，国内某些超算厂商和研制单位不再向TOP100排行榜提交其新研制的大系统的数据，因此TOP100排行榜的前两名在2019年和2020年都未发生变化，并且100台系统总体性能的改变也不明显。
今年的榜单最大的改变可能是新冠军的诞生，不过，大概由于业内专家宣称我国其实已经进入了E级机时代，这台不具名的性能125PFlops的新冠军系统并未引来过多的关注。
图2：2021 中国高性能计算机性能前10名 （图源：2021 HPC TOP100）
前10名中（见图2），除了第2和第4名之外，其他8台机器都是首次入榜。排名第6的新机器亮点最为突出：
亮点1：采用我国自主研制的申威第二代芯片SW26010 Pro （排名第2的太湖之光采用的是申威第一代芯片SW26010）
亮点2：该机器Linpack性能虽然并不高，但其效率达到了90%
图3：2021 中国高性能计算机性能第6名 （图源：2021 HPC TOP100）
因为今年某些厂商和研制单位仍未向TOP100排行榜申报其新研制的大系统，厂商的份额（见图4）在某种程度上也有失真之嫌。
Pie 图表。 下面是一个包含 10 行和 2 列的数据表。
| 企业名称 | 占比% |
|---|---|
| 联想 | 40 |
| 浪潮 | 28 |
| 曙光 | 12 |
| 其它 | 7 |
| 北龙超云 | 5 |
| 国防科大 | 4 |
| 国家并行计算机工程技术 | 2 |
| 联泰集群 | 1 |
| 清华同方 | 1 |
图4：2021年 TOP100厂商系统数量份额（图源：2021 HPC TOP100）
由于非技术性因素的限制，TOP100榜单机器性能与厂商份额数据的尴尬局面让这一排行榜的权威性和风向标属性受到一些争议。在中美竞争的复杂环境下，该如何展示中国自主研发实力并维护TOP100的权威性？在竞争策略与彰显实力之间保持平衡确实需要大智慧。
大型超算用来干什么？
高性能计算可以应用于密码破译、气候模拟、宇宙探索、基因研究、灾害预报、工业设计、新药研制、材料研究、动漫渲染等众多领域，对国防、国民经济建设和民生福祉都有不可替代的重大作用。世界上最高水平的超级计算机，也大都用于科学研究。从TOP100反映出来的我国大型超级计算机的应用领域来看，过去，我国的大型超算也主要应用于科学与工程计算。但近几年来，大数据分析和机器学习等新兴应用在高性能计算中的占比不断上升，甚至已经远远超过了传统科学和工程计算的比例（见图5）。
Column 图表。 下面是一个包含 4 行和 7 列的数据表。
| 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 科学/工程计算 | 25% | 29% | 14% | 30% | 36% | 30% |
| 信息服务 | 48% | 23% | 30% | 23% | 11% | 15% |
| 数据分析/机器学习 | 27% | 48% | 56% | 47% | 53% | 55% |
图5: TOP100大型超级计算机应用发展趋势（按机器数量份额） 2021年TOP100未公开应用领域的机器数量份额
今年TOP100在超算的应用领域中还增加了一个新类别“算力服务”，它泛指将算力作为资源向用户提供计算服务的类型。如图6所示，从性能角度来看，用于提供“算力服务”的性能份额最大，占46%，用于人工智能的性能份额占9%，而用于科学计算的性能份额只占3%。虽然因应用类别的改变，今年的数据与历史数据没有直接的可比性，但也从某种程度上说明了我国的超级计算机已经从服务于科学/工程计算的阳春白雪逐渐成为大数据、人工智能研究的算力支撑，并正在成为产业发展和经济建设的重要基础设施。
Column 图表。 下面是一个包含 14 行和 2 列的数据表。
| 算力服务 | 46 |
|---|---|
| 超算中心 | 24 |
| 人工智能 | 9 |
| 云计算 | 5 |
| 视频 | 4 |
| 科学计算 | 3 |
| 金融 | 2 |
| 互联网 | 1 |
| 教育科研 | 1 |
| 能源/石油 | 1 |
| 电子商务 | 1 |
| 政府 | 1 |
| 工业制造 | 1 |
| 电信 | 1 |
图6：2021应用领域性能份额（图源: 2021 HPC TOP100）
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文章来源：碧空间 微信公众号
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