日本理化學研究所（以下稱「理研」）擔任開發主體，聯合九州大學、Fixstars公司和富士通公司共同開發的超級計算機「富嶽」在全球超算排名①TOP500、②HPCG、③HPL-AI及④Graph500中均獲得最高排名，並且均高出排名第二位的超算許多。一架超算在TOP500、HPCG和Graph500排名中同時斬獲世界第一，也是全球首次的壯舉。
還在不斷開發和構築中的超級計算機「富嶽」（圖片：理研）
TOP500是被稱爲LINPACK（密集矩陣直接解決方案）的基準測試程式的性能排名。主要側重於科學技術計算和產業應用中使用的浮點運算能力。該評測排名始於1993年，每年評測2回。在該排名中居首的超算通常被稱爲「世界第一超算」。
「富嶽」的TOP500得分爲415.5PFLOPS（每秒40京次以上的計算），爲目前排名第二位的Summit（美國，148.6PFLOPS）的2.8倍。日本的上一代超算「京」在2011年獲得2連霸後便跌下第一的寶座，之後中國的超算後來居上，與美國超算輪番爭奪頭把交椅。
TOP500排名
第1名 富嶽 理研計算科學研究中心（日本）41京5530萬億次/秒
第2名 Summit 橡樹嶺國家實驗室（美國）14京8600萬億次/秒
第3名 Sierra 勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（美國）9京4640萬億次/秒
第4名 神威太湖之光 無錫超算中心（中國）9京3014萬億次/秒
第5名 天河2A 廣州超算中心（中國）6京1444萬億次/秒
另外，「富嶽」還在產業界採用的高性能共軛作用梯度法基準測試HPCG以及圖表解析性能排名Graph500中排名第一，在人工智慧的深度學習中使用的計算指標HPL-AI上也排名第一。
「富嶽」的HPCG得分爲13.4PFLOPS。爲排名第二位的Summit（2.92PFLOPS）的4.5倍以上，遙遙領先。這表明「富嶽」的實用性非常高，有望透過類比解決社會課題等。
Graph500所代表的大規模圖表解析性能在需要進行大規模和複雜資料處理的大資料解析中是重要指標，雖然「富嶽」還處於開發和構築階段，聯合研究團隊利用「富嶽」的一部分硬體——92,160個節點（約佔整體58％），以平均0.25秒的速度成功解決了由大約1.1萬億個頂點和17.6萬億個分支構成的超大規模圖表的廣度優先搜尋問題，其Graph500得分爲70,980GTEPS，而「京」的測試結果爲31,302GTEPS（截至2019年6月），可見「富嶽」的性能達到了「京」的2倍以上。
在2020年6月發佈的「Graph500」排行榜中位居第二的是中國的「神威·太湖之光」，其測試結果爲23,756GTEPS。也就是說，「富嶽」的性能比排名第二的「神威·太湖之光」超算高出約2倍。
2．關於Graph500
現實世界中的複雜現象經常使用大規模圖表（利用頂點和分支來表示資料之間的關係）來表現，因此需要使用電腦高速解析圖表。以社交網路服務等爲例，解析「誰與誰有聯繫」等存在關聯的資料時就使用圖表解析。
另外，爲實施Society 5.0，業界正在開拓把利用IoT（物聯網）等技術取得的大量資料轉換成圖表並使用電腦高速處理，從而創造新價值的新業務。其目的是在創造新產業的同時，減量廢棄物排放，有望爲推進「永續發展目標 (SDGs)」中的9（產業、技術創新、社會基礎）和11（永續發展城市建設）做出巨大貢獻。
爲具備多種用途的圖表解析性能進行排名的就是Graph500。Graph500始於2010年，排名每年更新2次（6月和11月）。
Graph500爲處理頂點超過1萬億個的大規模圖表，需要將圖表的資料分散配置到多個節點上。聯合研究團隊開發了能在超級計算機上高速解析大規模圖表的軟體。
聯合研究團隊表示，「京」的測試結果連續9期（2014年6月～2019年6月，總計10期）蟬聯Graph500全球榜首。不過「京」目前已經停止運行，因此不在2019年11月以後的排名中，但此次的「富嶽」的測試結果遠遠高於「京」。另外，除了「富嶽」，「京」創下的記錄還未被其他超算打破過。
在Graph500中排名第一意味着，不僅是科學技術計算中常用的規則計算，「富嶽」在不規則計算佔一大半的圖表解析方面也具備高性能，這表明「富嶽」的通用的性非常高，可以廣泛用於很多領域。另外也表明開發了能最大限度發揮硬體性能的軟體的聯合研究團隊技術實力非常高。
開發費用中，日本政府投資約爲1100億日元。雖然正式投入運行為2021年度，但作爲新型冠狀病毒傳染症（COVID-19）對策，已經開始嘗試使用「富嶽」來尋找候補冶癒藥物以及類比飛沫傳染路徑等研究。
利用「富嶽」類比計算的飛沫傳染路徑（NHK報導截屏）
3．名詞解釋
（1） 超級計算機「富嶽」
日本超算「京」的後續機型。目標是透過解決社會和科學課題爲日本的隊形變換做貢獻，創造世界領先的成果，計劃作爲電力性能、計算性能、客戶便利性和易用性、創造劃時代的成果，以及大資料和AI（人工智慧）的加速功能等綜合能力均達到全球最高水平的超級計算機，於2021年投入運行。
「富嶽」是「富士山「的別名，其名稱中借日本第一高峯富士山代表「富嶽」的高性能，而富士山腳下的廣闊原野代表「富嶽」的客戶範圍之廣泛。
（2）TOP500
被稱爲LINPACK（密集矩陣直接解決方案）的基準測試程式的性能排名。始於1993年，在該排名中居首的超算通常被稱爲「世界第一超算」。主要側重於很多科學技術計算和產業應用中使用的浮點運算能力。
「富嶽」的TOP500得分爲415.5PFLOPS（每秒40京次以上的計算）。爲排名第二位的Summit（美國，148.6PFLOPS）的2.8倍。
（3）HPCG（高性能共軛作用梯度演算法）
採用計算由稀疏係數矩陣構成的線性方程的方法——共軛作用梯度法（conjugate gradient method）的新基準測試程式。
由於在TOP500中的性能與執行實際應用時的性能存在偏差，因此業界提出了利用汽車和飛機的空氣動力設計及結構計算等實際應用中常用的共軛作用梯度法程式來評測性能。
「富嶽」的HPCG得分爲13.4PFLOPS。爲排名第二位的Summit（2.92PFLOPS）的4.5倍以上，遙遙領先。這證明「富嶽」的實用性非常高，有望用來透過類比解決社會課題等。
（4）HPL-AI
衡量允許使用低精度計算的HPL（高性能LINPACK）性能的基準測試。
近年來，很多電腦的GPU和人工智慧用專用晶片透過大量配備進行低精度運算（10進位5位數或10位數）的算術與邏輯單元來提高性能，被用於深度學習等AI處理，但這些性能的運算性能未體現在TOP500中，因此提出了HPL-AI。目的是透過間接評測低精度運算的運算能力，來評測深度學習等AI處理的性能。
「富嶽」的HPL-AI得分爲1.42EFLOPS，爲排名第二位的Summit（0.55EFLOPS）的2.5倍以上，表明對AI的適應能力很高。
（5）Graph500
用於大資料解析的超大規模圖表搜尋能力基準測試。現實世界中的複雜現象經常使用大規模圖表（利用頂點和分支來表示資料之間的關係）來表現，因此需要使用電腦高速解析圖表。要想在該基準測試中得高分，不僅是運算能力，記憶體性能和網路性能也很重要。
在Graph500基準測試中的執行速度得分用TEPS表示。Graph500的基準測試内容是處理給出的圖表的頂點和連接頂點的分支。電腦在Graph500測試中的速度被定義爲每秒處理的分支數。TEPS是Traversed Edges Per Second的首字母縮寫。GTEPS的G表示10的9次方，GTEPS是每秒處理的分支數除以10的9次方得出的值。計算GTEPS的值使用64次試驗的諧波平均值。「E」爲「P」的1000倍。1E爲100京。
「富嶽」的Graph500得分爲70,980GTEPS*，約爲排名第二位的神威·太湖之光的23,756GTEPS的3倍。
文：JST客觀日本編輯部
