不甘被中美日超越，欧盟终于在HPC上下血本
要说起超级计算机，多数人想到的都是日本的富岳、美国的summit和中国的神威·太湖之光，却很少想到欧洲市场。事实上top500中来自欧洲的超算系统也有113个，但能排进前十的只有两个，德国的juwels和意大利的hpc5，还分别名列第8和第9。
欧盟也意识到自己在hpc应用上已经开始落后，在未来的百万兆级计算（exascale）和量子运算中很可能会继续被拉开差距，靠单一成员国的资源很难打造顶级的hpc和超算系统。于是欧盟展开了多项计划，并加大了合力投资。
比如著名的地平线2020计划，如今该计划已经被替换成了新的7年科研资助计划，欧洲地平线，从2021年持续至2027年。这一新计划的总预算金额达到了955亿欧元，比地平线2020的770欧元高出了一大截。不少hpc项目也从两个计划中受益。2018年欧洲高性能计算技术研发联盟（eurohpc ju）成立，并拿到了10亿欧元预算，其中一半来自欧盟，一半来自成员国，额外还有私人合作伙伴提供的4亿欧元。
eurohpc ju的目标是支持欧洲的科研和创新活动，打造欧洲的超算生态，购买或部署至少两台排名前5的超算。根据欧洲hpc技术平台的统计，去年欧盟一共有50个hpc项目在进行中，另有30个完成的项目。而到了今年，正在进行的hpc项目已经增加至68个，另有38个项目已经完成。笔者选取了其中最有看点的三个项目，以此来看看欧洲的hpc在软硬件上的发展。
euroexa——arm+amd+fpga组成的exascale超算平台
euroexa是一个由地平线2020计划投资的项目，由16个组织机构合作设计，其中也包括了英国arm、巴萨罗那超算中心和比利时微电子研究中心imec这样的hpc巨头。该项目在成立后的52月内，累计收到了2亿欧元的投资，用于hpc软件、硬件、网络、存储和液体散热等方面的研究。
euroexa单个计算单元子板 / euroexa
该项目的最终目标是打造欧洲未来的exascale超算系统，其算力最高可达400 petaflops，峰值系统功率达到30mw。从目前的排名来看，这套系统一旦建成后仅次于442 petaflops的日本富岳。同时该系统还兼顾高能效，euroexa声称在未来半导体技术和架构的迭代下，可以做到250petaflops/mw的能效。同时，他们想用这套紧致的系统证明一台exascale可以做到30个集装箱以下的大小，而边到边的长度也不会超过40米。
euroexa将利用arm cortex和amd的epyc技术打造其处理器系统，并采用petaflop级别算力的fpga作为加速器，预计在2022年到2023年打造第一台exascale级别的euroexa系统。
eprocessor——开源的risc-v hpc
eprocessor项目是基于risc-v开源架构，打造一个开源的乱序处理器，做到可扩展、节能和大规模，非常适合hpc和hpda应用。该技术将利用高性能计算和数据分析加速器与低功耗的64位乱序risc-v处理器结合，支持多处理器超大型运算系统。
eprocessor架构 / eprocessor
该项目为期三年，由巴塞罗那超算中心牵头，法国设计公司cortus负责核心设计，并已经获得了800万欧元的资金投入。根据cortus的说法，risc-v处理器能在每周期指令书上轻松超过intel/amd采用的x86传统架构，通过缓存层次结构上相结合的原子内存操作优化，大幅提高多线程应用的性能，适合大型hpc系统上的各种数据驱动应用，比如深度学习和生物信息学等。
该项目从今年4月才正式开展，未来还会和合作伙伴已有的项目合作，比如euroexa，从而进一步扩展他们的功能并提高技术成熟度。之所以选取risc-v的原因，也是为了打造一个开放的软硬件生态系统，能够保证技术的独立性。
deep-sea——解决异构超算的挑战
deep-sea项目是deep-est项目的下一阶段，后者已经在今年3月成功完成，并建立了一个模组化的超算架构msa。在msa架构中，标准cpu、gpu加速器等不同的组件组成一个复杂的异构系统。每项技术都用于特定的负载，充分利用msa的应用可以达到更高的能耗/功率比。
模组化超算架构msa / deep
然而系统和节点等级上的复杂系统很难做到出色的资源分配，并行化在传统的hpc环境中更是显得微不足道。因此异构资源的复杂性使得用户和应用开发者开始力不从心，他们必须要理解底层硬件才能决定运行哪段组件代码。而且他们在采用新的加速器或是完全不同的hpc平台时，必须得把代码移植过来，更不用说对各种hpc系统的优化了。
deep-sea正是为了解决这些问题而诞生的，它的目的是为了做到更好的管理和编程计算与存储异构资源，为模组化的超算实现更简单的编程。为了给更多的hpc系统提供支持，并扩展到未来exascale级之后的系统，deep-sea使用了联合设计的方法，采用了7大领域的应用来验证其选择的方法，包括天气预测、地震成像和分子力学等等。deep-sea同时与巴塞罗那超算中心和德国莱布尼茨超算中心展开研发，还与著名超算制造商源讯达成了合作。
结语
从上面的三个项目来看，在hpc和超算上，模组化和异构已经成了大趋势。目前hpc的应用除了传统的气候预测、生物医学和材料学研究外，也多出了不少大数据技术、自动驾驶等新兴技术。一味地去拼算力其实更像是一个拼芯片数和拼财力的过程，收获优秀的hpc架构和完整的hpc生态才是这些项目的最终目的。
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