TOP500

TOP500計畫是針對全球已知最強大的電腦系統做出排名與詳細介紹。此計畫始於1993年並且一年出版兩次最新的超級計算機排名列表。每年的第一次排名公佈總是在六月份的國際超級計算機會議（英語：International Supercomputing Conference）上，而第二次排名公佈則是在十一月份的超級計算會議（英語：Supercomputing Conference）上。此計畫主旨在提供一個可靠的基礎去追蹤與偵測高效能計算的趨勢。^[1]

2016年8月的不同國家之間的超級計算機500強的分布

基於top500.org的對數圖表，y軸為GFLOPS。紅線表示最快超級計算機的速度，黃線表示TOP500上第500名計算機的速度，深藍線表示TOP500上所有計算機速度的總和。注意Y軸是對數比例。

  TOP500上所有計算機速度的總和

  最快超級計算機

  第500名計算機的速度

TOP500列表是由德國曼海姆大學的Hans Meuer、美國田納西大學諾克斯維爾分校的傑克·唐加拉以及美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Erich Strohmaier與Horst Simon等人共同匯編的。

歷史

自1993年以來排名第一的計算機

公司	名稱	國家和地區	時間
HPE	前沿	美國	2022.6 -
理化學研究所（RIKEN）	富岳	日本	2020.6 - 2022.6
IBM	高峰	美國	2018.6 - 2020.6
國家並行計算機工程技術研究中心	神威·太湖之光	中國	2016.6 - 2018.6
國防科技大學	天河-2	中國	2013.6 -2016.6
克雷公司（Cray）	泰坦	美國	2012.11 - 2013.6
IBM	藍色基因/Q	美國	2012.06 - 2012.11
理化學研究所（RIKEN）	京	日本	2011.6 - 2012.6
國防科技大學	天河-1	中國	2010.11 - 2011.6
Cray	美洲虎	美國	2009.11 - 2010.11
IBM	走鵑	美國	2008.06 - 2009.11
IBM	藍色基因/L	美國	2004.11 - 2008.06
日本電氣（NEC）	地球模擬器	日本	2002.06 - 2004.11
IBM	ASCI White	美國	2000.11 - 2002.06
英特爾	ASCI Red	美國	1997.06 - 2000.11
日立	CP-PACS	日本	1996.11 - 1997.06
日立	SR2201	日本	1996.06 - 1996.11
富士通	數值風洞	日本	1994.11 - 1996.06
英特爾	Paragon XP/S140	美國	1994.06 - 1994.11
富士通	數值風洞	日本	1993.11 - 1994.06
TMC	CM-5（英語：CM-5）	美國	1993.06 - 1993.11

架構

截至2022年06月，所有TOP500超級計算機全部為64位，大部分是基於x86-64的CPU（英特爾的EMT64和AMD的AMD64指令集架構），只有少數是基於精簡指令集（RISC），其中有13台基於IBM POWER微處理器的超級計算機使用Power架構（英語：Power Architecture），有6台基於富士通設計的HAL SPARC64（英語：HAL SPARC64）芯片，而這其中的「京」是2011年第一台沒有GPU的產品，且仍然在HPCG基準（英語：HPCG benchmark）上排名第3。^[2]還有兩台計算機是基於中國的設計：申威和神威SW26010也在使用中國的協處理器；後者還在2016年上升到了第一位（它後來被一台系統基於IBM POWER的計算機所超越）。另外，還有少數計算機使用了另一種非美國設計，即基於ARM架構的PEZY-SC^[3]，它是與英特爾Xeon配對的加速器。

有兩台計算機是2018年第一次出現在表中的，它們所基於的架構在TOP500中從未見過。其一是一種新的x86-64微架構，它來自中國供應商中科曙光，使用基於Hygon Dhyana（中國版）的CPU（AMD和中方合作產品，基於AMD Zen），排名第38。另一台是列表中第一次基於ARM架構的計算機，它使用Cavium ThunderX2 CPU。^[4]在2000年代早期32位x86和後來的64位x86-64取得優勢之前，TOP500超級計算機大部分都是由各種RISC處理器系列構成的，包括SPARC、MIPS、PA-RISC、Alpha等RISC架構。

近些年的異構計算，大多採用英偉達的圖形處理器（GPU）或英特爾基於x86的至強融核作為輔助處理器。它們在TOP500中占據了主導地位，是因為每瓦特性能和絕對性能都比較高。前十名基本上都是採用的這兩種，近期唯一的例外就是前面提到的「京」。

TOP500超級計算機按處理器架構系列分布的歷史趨勢

操作系統

從地球模擬器超算之後，十多年來所有最快的超級計算機都使用基於Linux的操作系統。自2017年11月起，所有列出的超級計算機都使用基於Linux內核的操作系統。^[5][6]

自2015年11月以來，列表中就沒有計算機運行Windows了。2014年11月，Windows Azure^[7]雲計算機就退出最快超算列表了（其最佳排名為2012年的第165位）。此時，列表中基於Windows的超算就只剩下上海超級計算中心的「魔方」（Magic Cube）一台了，它最後一次出現在列表中是在2015年6月發布的名單中排名436，而其最佳排名為2008年的第11位。^[8]

MIPS系統退出榜單已經十多年了，^[9]但2017年11月（經過大幅升級後）躍升至第四位的曉光（英語：Gyoukou）超算使用了MIPS作為協處理器一小部分。該超算使用了2,048核協處理器（而每個協處理器又有8×6核MIPS，使其「不再依賴外部的英特爾至強E5主機處理器」^[10]），這使其比超算前10名中的其它超算更加節能。它在Green500上排名第五，而基於ZettaScaler-2.2的系統則占據了前三位。^[11]它是迄今為止最大的系統，達到了1986萬個核心，這幾乎是TOP500中最多核系統（中國的神威·太湖之光，目前排名第四）的兩倍。

排名前十名

此表列舉出2024年6月公布的TOP500名單中的前十名^[12]

排名	名稱	國家和地區	場所	安裝 年份	供應商	處理器 核心數	Rmax (Pflops)	Rpeak (Pflops)	功率 （千瓦）
1 ▲	前沿	美國	橡樹嶺國家實驗室	2021	慧與科技	8,699,904	1,206.00	1,714.81	22,786
2 ▲	Aurora	美國	阿貢國家實驗室	2023	intel	9,264,128	1,012.00	1,980.01	38,698
3 ▲	Eagle	美國	微軟	2023	微軟	2,073,600	561.20	846.84
4 ▼	富岳	日本	日本理化研究所計算科學中心	2020	富士通	7,630,848	442.01	537.21	29,899
5 ▼	LUMI	芬蘭	歐洲高效能計算聯合會	2022	慧與科技	2,752,704	379.70	531.51	7,107
6 ▲	阿爾卑斯山	瑞士	瑞士國家超級計算中心	2024	慧與科技	1,305,600	270.00	353.75	5,194
7 ▼	Leonardo（英語：Leonardo (supercomputer)）	義大利	歐洲高效能計算聯合會（英語：歐洲高效能計算聯合會）	2023	EVIDEN	1,824,768	241.20	306.31	7,494
8 ▼	MareNostrum 5 ACC（英語：MareNostrum 5 ACC _(supercomputer)）	西班牙	歐洲高效能計算聯合會	2023	IBM	663,040	175.30	249.44	4,159
9 ▼	高峰	美國	橡樹嶺國家實驗室	2018	IBM	2,414,592	148.60	200.79	10,096
10 ▼	Eos NVIDIA DGX SuperPOD	美國	Nvidia	2023	Nvidia	485,888	121.40	188.65

各國家比較

各國家比較 （2023年11月）^[13]

國家/地區	排名進入 TOP500的 計算機數量	所佔 百分比 （%）	Rmax Sum (Rmax) （Gflops）	Rpeak Sum (Rmax) （Gflops）	處理器總數
美國	161	32.2	3,725,850,800	5,711,149,171	40,077,020
中國大陸	104	20.8	407,239,784	770,545,405	22,605,992
德國	36	7.2	256,265,750	391,132,706	4,292,044
日本	32	6.4	669,834,060	866,458,051	11,374,380
法國	23	4.6	173,226,000	249,513,264	3,967,382
英國	15	3	81,707,084	142,086,064	2,048,112
義大利	12	2.4	41,208,360	71,911,529	845,984
南韓	8	1.6	88,682,560	128,264,430	1,551,012
荷蘭	8	1.6	33,959,120	56,740,440	547,728
巴西	8	1.6	46,729,150	88,175,939	775,232
義大利	7	1.4	253,229,000	370,262,898	2,911,152
俄羅斯	7	1.4	73,715,000	101,737,460	741,328
沙烏地阿拉伯	6	1.2	55,253,040	98,982,254	1,798,260
瑞典	6	1.2	22,500,500	32,727,068	355,648
澳大利亞	5	1.0	42,767,840	60,177,375	532,416
愛爾蘭	5	1.0	13,364,020	26,320,890	335,360
瑞士	4	0.8	28,563,790	38,600,165	650,260
新加坡	3	0.6	9,037,830	15,785,890	234,112
挪威	3	0.6	10,224,910	17,031,160	312,832
印度	3	0.6	10,953,340	12,082,026	244,488
芬蘭	3	0.6	320,788,310	443,391,175	2,584,576
波蘭	3	0.6	10,923,400	17,099,060	148,800
臺灣	2	0.4	11,297,560	19,562,790	220,752
捷克	2	0.4	9,589,400	12,914,040	163,584
盧森堡	2	0.4	12,806,560	18,291,180	172,544
阿聯酋	2	0.4	9,013,750	12,164,803	142,368
奧地利	2	0.4	5,038,378	6,809,088	133,152
斯洛維尼亞	2	0.4	6,918,000	10,047,000	156,480
西班牙	1	0.2	6,470,800	10,296,115	153,216
摩洛哥	1	0.2	3,158,110	5,014,730	71,232
保加利亞	1	0.2	4,518,870	5,942,000	144,384
泰國	1	0.2	8,146,000	13,773,060	87,296
比利時	1	0.2	2,717,000	3,094,020	23,200
匈牙利	1	0.2	3,088,500	4,669,510	28,768

參見

• 浮點數
• IEEE 754
• MIPS

參考文獻

1. A. Petitet; R. C. Whaley; J. Dongarra; A. Cleary. HPL – A Portable Implementation of the High-Performance Linpack Benchmark for Distributed-Memory Computers [HPL – 分布式內存計算機高性能Linpack基準的可移植實現]. ICL – UTK Computer Science Department. 2016-02-24 [2016-09-22]. （原始內容存檔於2000-11-02） （英語）.
2. HPCG - June 2018 | TOP500 Supercomputer Sites [HPCG - 2018年6月 | TOP500超級計算機網站]. www.top500.org. [2018-07-02]. （原始內容存檔於2018-07-02） （英語）.
3. PEZY-SC - PEZY. wikichip.org. [2019-02-20]. （原始內容存檔於2017-11-12） （英語）.
4. Astra - Apollo 70, Cavium ThunderX2 CN9975-2000 28C 2GHz, 4xEDR Infiniband | TOP500 Supercomputer Sites [Astra - Apollo 70, Cavium ThunderX2 CN9975-2000 28C 2GHz, 4xEDR Infiniband | TOP500超級計算機網站]. www.top500.org. [2018-12-06]. （原始內容存檔於2018-12-06） （英語）.
5. Top500 – List Statistics [Top500 – 列表統計]. www.top500.org. 2017-11 [2019-03-04]. （原始內容存檔於2012-11-19） （英語）.
6. Linux Runs All of the World’s Fastest Supercomputers [全球所有最快超算均運行於Linux]. Linux基金會. [2017-11-30]. （原始內容存檔於2017-12-01） （英語）.
7. Microsoft Windows Azure [微軟Windows Azure]. [2019-03-04]. （原始內容存檔於2019-02-21） （英語）.
8. Magic Cube – Dawning 5000A, QC Opteron 1.9GHz, Infiniband, Windows HPC 2008 [魔方 – 曙光5000A，QC Opteron 1.9GHz，InfiniBand，Windows HPC 2008]. [2019-03-04]. （原始內容存檔於2019-02-21） （英語）.
9. ORIGIN 2000 195/250 MHz | TOP500 Supercomputer Sites [ORIGIN 2000 195/250 MHz | TOP500超級計算機網站]. www.top500.org. [2017-11-15]. （原始內容存檔於2017-11-16） （英語）.
10. PEZY-SC2 - PEZY. [2017-11-17]. （原始內容存檔於2017-11-14） （英語）.
11. The 2,048-core PEZY-SC2 sets a Green500 record [2,048核的PEZY-SC2寫進Green500記錄]. WikiChip Fuse. 2017-11-01 [2017-11-15]. （原始內容存檔於2017-11-16） （英語）. Powering the ZettaScaler-2.2 is the PEZY-SC2. The SC2 is a second-generation chip featuring twice as many cores – i.e., 2,048 cores with 8-way SMT for a total of 16,384 threads. [..] The first-generation SC incorporated two ARM926 cores and while that was sufficient for basic management and debugging its processing power was inadequate for much more. The SC2 uses a hexa-core P-Class P6600 MIPS processor which share the same memory address as the PEZY cores, improving performance and reducing data transfer overhead. With the powerful MIPS management cores, it is now also possible to entirely eliminate the Xeon host processor. However, PEZY has not done so yet. [驅動ZettaScaler-2.2的是PEZY-SC2。SC2是第二代芯片，其核心數也達到了兩倍。也就是說，2,048核帶8向SMT，總共就會有16,384個線程。……第一代SC合併了兩個ARM926核心，當其基礎管理和調試足夠用時，其處理能力便捉襟見肘。SC2使用一個六核P級P6600 MIPS處理器（它與PEZY核共享同樣的內存地址），來提高性能並降低數據傳輸消耗。有了強大的MIPS管理核，它現在還可以完全取代至強主機處理器。然而，PEZY並沒有這樣做。]
12. June 2024 [2024年6月]. www.top500.org. [2024-05-13] （英語）.
13. List Statistics | TOP500. www.top500.org. [2018-03-26]. （原始內容存檔於2018-07-18） （英語）.

外部連結

• Top500.org（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） –世界500大最快超級電腦
• Green500（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） –世界500大綠色超級電腦
• graph500（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）