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超算芯片霸主之爭，終于有了新變數

2020-11-17 02:32:55來源：虎嗅網  

出品| 虎嗅科技組

作者| 宇多田

封面| 視覺中國

2020年4月，以近70億美元被英偉達最終收購的以色列頂級數據中心網絡技術公司Mellanox，在長達半年多的“沉默”后，在11月迎來了兩件足以引起業(yè)內轟動的大事。

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：

“在達成這筆交易時，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。”

其次，就在今天，Mellanox作為英偉達GPU家族的一部分，被英偉達融入了新的網絡連接架構產品——NVIDIA Mellanox 400G InfiniBand。

此后，它將以“GPU伴侶”的身份，率先打入數據中心市場的最精銳部隊——超級計算機市場。

NVIDIA Mellanox 400G InfiniBand產品的架構組成。簡單來說，就是一個用以連接其他服務器與英偉達產品的組件

英偉達在今天的全球超級計算大會上，再次刷新了自己最強大GPU產品線——企業(yè)級加速器A100的 性能紀錄。

新一代的A100 GPU將高帶寬內存提升至80GB，比上一代擴大一倍。這意味著，每秒超過2TB的內存帶寬，會讓數據在內存與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據集帶來的壓力。

“現在要在AI和高性能計算（HPC）的研究成果上繼續(xù)突破上限，科學家們必須要構建更大更復雜的模型，那么便需要比以往更大的內存容量與更高的帶寬。” 英偉達應用深度學習研究副總裁Bryan Catanzaro指出。

英偉達在英國劍橋的超算中心部署了由若干塊A100 80GB組成的DGX系統(tǒng)

實際上，除了改變芯片產品的架構，把成百上千塊芯片用最高效的形式“連”起來，當然也能解決科學家們每秒/百億億次的超大計算需求，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計算機“太湖之光”，就會發(fā)現“這臺計算機”其實是一個由成百上千臺黑色機柜組成的計算機集群，可以填滿一間約1000平米的屋子。

它既可以被稱為“高性能計算機群”，也可以被看做是一個不小規(guī)模的數據中心。

當然，這些黑色機柜的性能，要比普通服務器強大太多，由4萬多塊不同種類的國產芯片組成，僅集成它們就是一項極為艱巨的任務，用時兩年，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，便是將超級計算機中上萬塊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，每塊芯片的數據傳輸效率也不能有太多損耗。

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

“一臺超級計算機，各品牌芯片之間的高效配合，極為重要。之前英偉達的NVlinks只能和IBM的CPU互聯。而收購Mellanox后，英偉達增強了用芯片構建超算系統(tǒng)的可擴展性，可以讓GPU與其他品牌和種類的芯片進行連接。”

換句話說，英偉達找到了“讓自己產品輕松插進包括英特爾在內，所有服務器芯片接口”的方法。

超算市場，不可忽視的芯片掘金地

英偉達的這次全系列產品，無一例外面向的都是“燒錢魔窟”——超級計算機市場。

舉個例子，在2020年6月頒布的全球超級計算機Top500榜單上，排名第二的美國橡樹嶺國家實驗室超級計算機Summit，在每個節(jié)點配備了2個IBM的 Power9 CPU和 6個英偉達的Tesla V100。這樣的節(jié)點有4356個，總耗資2億美元。

而在2019年3月，美國能源部阿貢實驗室公開宣布，將耗資5億美元搭建新一代超級計算機 Aurora 。這臺將在2021年實現交付的超級計算機，并非追求一味追求計算速度，而是需要針對人工智能等新技術應用采用新的設計思路。

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域的次數越來越多，額外裝載的加速芯片GPU，逐漸成為搭建超級計算機的必選品。

因此，英偉達也在全球許多超算項目中獲得了頗為豐厚的收益，包括美國技術最強大的國家實驗室——橡樹嶺實驗室、阿貢實驗室，都是英偉達最好性能產品的首批嘗鮮者。

美國迄今最強的超級計算機Summit（巔峰），在最新的Top500榜單中排名第2。

超級計算機之間的競爭，從來都被看作是國家之間技術實力的競爭。

盡管這是一個狹隘的衡量標準，但這些超級計算機群的確在很多軍事與科學任務中發(fā)揮著極為重要的作用，譬如武器設計與密碼破譯，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實驗，不太可能在云端執(zhí)行，因此部署高性能服務器便顯得格外重要。

“沒有人愿意燒很多錢去做一些幾十年沒成果的新技術研究，但是這些研究卻很有必要，那么這些新技術的運算就需要超級計算機來支持。”一位業(yè)內人士告訴虎嗅。

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

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

2020年6月最新榜單的前10名。在2016年~2017年蟬聯4次冠軍的中國超級計算機太湖之光位于第四名，天河二號第五名。

因此，如果按照每臺超級計算機單價上億美元來計算，這是一個令人垂涎的市場。而政府一次又一次創(chuàng)下記錄的巨額訂單，對商業(yè)公司產生著越來越大的吸引力；

此外，毫無疑問，由于超級計算機運行的都是難度最高的技術研發(fā)任務，它們的存在，是未來技術下沉到工業(yè)和消費級市場的源動力。

國家之間的超級計算機之戰(zhàn)從幾十年前就已打響。一開始，大多數超級計算機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，數據量開始如爆炸般增長，新技術應用層出不窮，因此最強大的超級計算機已經開始加大專業(yè)芯片的使用力度，而英偉達，便是最大的受益者之一。

從圖中可以看出，2020年~2025年產生的數據量，是2010~2020年數據量的三倍。圖片來自英偉達。

不過有意思的是，日本Fugaku打敗中國和美國最強計算機的“源動力”，竟然是富士通的48核 A64FX SoC，這應該是榜單上第一個由ARM處理器提供動力的超算系統(tǒng)（雖然不想把英偉達和ARM的收購聯系起來，但這好歹是個開始）。

“未來超算市場，目前現在的共識是HPC+AI。也就是說，未來AI是超算的典型應用，而且量級很大。所以英偉達，想要作為未來霸主，保持在這個市場的領先地位。

當然，高性能計算市場，一切都沒那么容易。”

關鍵詞： 超算芯片霸主之爭，終

責任編輯：hnmd003

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