全球超級計算機500強

國際TOP500組織是發佈全球已安裝的超級計算機系統排名的權威機構，以超級計算機基準程序Linpack測試值為序進行排名，由美國與德國超算專家聯合編制，每年發佈兩次。 ^[2] 

目的是促進國際超級計算機領域的交流和合作，促進超級計算機的推廣應用。

2013年6月，國際TOP500組織正式發佈全球超級計算機500強排名榜，由國防科技大學計算機學院研製的中國首台千萬億次超級計算機系統“天河一號”名列全球第五、亞洲第一，這是中國超級計算機在國際排行榜上的歷史最好成績。

“天河一號”超級計算機峯值速度和實測速度分別為每秒1206.19萬億次和563.1萬億次。在排行榜公佈的全球前10台最快的超級計算機中，這是唯一的非美國產品。這表明中國超級計算機研製技術已進入世界前列，中國成為繼美國之後世界上第二個能夠研製千萬億次超級計算機系統的國家。

2017年6月19日，全球超級計算機500強榜單公佈，中國“神威·太湖之光”和“天河二號”第三次攜手奪得冠亞軍 ^[3]  ，美國“泰坦”20多年來首次跌出前三｡ ^[2] 

中國國家超級計算無錫中心的“神威·太湖之光”每秒9.3億億次的浮點運算速度，被榜單編撰人形容為“毋庸置疑是這個星球上最強大的數字運算機器”｡它的核心部件全部為國產｡

中國國防科技大學研製的“天河二號”的浮點運算速度為每秒3.39億億次，此次依然排名第二｡

瑞士國家計算中心的“代恩特峯”經升級後浮點運算速度從每秒9.8千萬億次增至每秒1.96億億次，從半年前的第八名升至後來的第三名｡

“泰坦”自2012年上榜以來運算速度保持每秒1.76億億次沒有變化，排名從第三跌至第四｡

不過，在前十名中，美國依然佔據5席，超過其他國家｡日本佔兩席｡

綜合上榜總數、芯片使用、廠商規模、實際應用等整體情況來看，毫無疑問，美國依然是超算“第一強國”｡ ^[2] 

2017年11月13日，新一期全球超級計算機500強榜單發佈，中國超級計算機“神威·太湖之光”和“天河二號”連續第四次分列冠亞軍，且中國超級計算機上榜總數又一次反超美國，奪得第一。此次中國“神威·太湖之光”和“天河二號”再次領跑，其浮點運算速度分別為每秒9.3億億次和每秒3.39億億次。

美國則連續第二次沒有超算進入前三名——不過，有業界人士指出，美國能源部正支持建造兩台新的超算，其中一台的計算性能是“神威·太湖之光”的大約兩倍，預計2018年投入使用，所以最快半年後，美國有望再次擁有全球最快的超算系統。

上榜總數，中國2016年6月以167台對165台的微弱優勢，首次超過長期獨佔鰲頭的美國；2016年11月的榜單，兩國都有171台上榜，並列第一；2017年6月，美國以169台對159台反超中國，再獲第一。2017年11月，中國上榜總數達到歷史最高的202台，而美國降至144台，雙方又一次交換位置。 ^[4] 

2018年11月12日，新一期全球超級計算機500強榜單在美國達拉斯發佈，美國超級計算機“頂點”蟬聯冠軍，中國超算上榜總數仍居第一，數量比上期進一步增加，佔全部上榜超算總量的45%以上。中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分別位列第三、四名。 ^[5] 

2019年11月19日，新一期全球超級計算機500強榜單面世，美國超級計算機“頂點”蟬聯冠軍，中國則繼續擴大數量上的領先優勢，在總算力上與美國的差距進一步縮小。 ^[1] 

新一期榜單的前十位排名較上次未發生變化。美國超級計算機“頂點”以每秒14.86億億次的浮點運算速度再次登頂，第二位是美國超算“山脊”，中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分列三、四位。 ^[1] 

在上榜數量上，中國境內有228台超算上榜，蟬聯上榜數量第一，比半年前的榜單增加9台；美國以117台位列第二。從總算力上看，美國超算佔比為37.1%，中國超算佔比為32.3%。 ^[1] 

2020年6月23日，TOP500組織發佈了最新的全球超級計算機TOP500榜單。榜單顯示，日本採用ARM架構的超級計算機“富嶽”超越中美，奪得全球超算冠軍。排名第二和第三的超級計算機分別是美國的“頂點”系統，和“山脊”系統。中國超級計算機系統“神威·太湖之光”和“天河二號”分列榜單第四、第五位。中國入圍的超級計算機數量為226台，佔總體份額超過45%，位列世界第一。中國廠商聯想、曙光、浪潮是全球前三的超算供應商，總交付312台，佔TOP500份額超過62%。美國、日本分別以114台、30台的總量位列第二名和第三名。 ^[6] 

2021年，最新一期的全球超級計算機500強榜單公佈，在業內外引起了不小關注。該榜單顯示，日本超級計算機“富嶽”（Fugaku）連續第四次登頂榜單，緊隨其後的是美國超級計算機“頂點”（Summit）和“山脊”（Sierra），中國超級計算機“神威·太湖之光”，本次排名第四位。 ^[7] 

2022年上半年的榜單，日本超級計算機“富嶽”在連續兩年蟬聯榜首之後，被“前沿”超越降至第二位。美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室開發的超算“前沿”運算峯值速度超過每秒100億億次。芬蘭超算“盧米”位列第三，這是歐洲最大的超算。上次榜單位列第二的美國超算“頂點”此次降至第四位。美國能源部下屬勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發的超算“山脊”位列第五。榜單十強中有兩台超算來自中國，分別是位列第六的“神威·太湖之光”和第九的“天河二號”。 ^{[8]  [10]} 

“天河一號”採用CPU和GPU相結合的異構融合計算體系結構，硬件系統主要由計算處理系統、互連通信系統、輸入輸出系統、監控診斷系統與基礎架構系統組成，軟件系統主要由操作系統、編譯系統、並行程序開發環境與科學計算可視化系統組成。總體技術指標如下：

（1）峯值速度4700TFlops，持續速度2566TFlops（LINPACK實測值），內存總容量262TB，存儲總容量2PB。

（2）計算處理系統：包含7168個計算結點和1024個服務結點。每個計算結點包含2路英特爾CPU和一路英偉達GPU，每個服務結點包含2路飛騰CPU。全系統共計23552個微處理器，其中英特爾至強X5670 CPU（2.93GHz、6核）14336個、飛騰－1000 CPU（1.0GHz、8核）2048個、英偉達M2050 GPU（1.15GHz、14核/448個CUDA核）7168個，CPU核共計102400個，GPU核共計100352個。

（3）互連通信系統：採用自主設計的高階路由芯片NRC和高速網絡接口芯片NIC，實現光電混合的胖樹結構高階路由網絡，鏈路雙向帶寬160Gbps，延遲1.57us。

（4）輸入輸出系統：採用Lustre全局分佈共享並行I/O結構，6個元數據管理結點，128個對象存儲結點，總容量2PB。

（5）監控診斷系統：採用分佈式集中管理結構，實現系統實時安全監測、控制和調試診斷。

（6）基礎架構系統：採用高密度雙面對插組裝結構，冷凍水空調密閉風冷散熱。環境温度10℃～35℃，濕度10%～90%。

（7）操作系統：64位麒麟Linux，面向高性能並行計算優化，支持能耗管理、高性能虛擬計算域等，可廣泛支持第三方應用軟件。

（8）編譯系統：支持C、C++、Fortran77/90/95、Java語言，支持OpenMP、MPI並行編程，支持異構協同編程框架，高效發揮CPU和GPU的協同計算能力。

美國Frontier內部使用的是AMD在2021年發佈的第三代EPYC（霄龍）服務器處理器 ^[8]  。採用了最新的技術，Frontier能耗同樣也是排行榜中最優秀的，每瓦浮點運算能力達到522.3億次 ^[8]  。其52.23gigaflops/W的效能比超過了日本的Preferred Networks MN-3系統，在綠色500強中同樣佔據榜首地位 ^[9]  。