旨在为美国政府安全领域服务的超级计算机：山脊（Sierra）

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发展历程

设计与建造： “山脊”超级计算机的设计和构建始于2015年，作为美国能源部Exascale计算计划的一部分，旨在为美国政府提供先进的计算能力，特别是在国家安全领域，如核武器模拟。

首次亮相：在2018年的全球超级计算机500强排行榜上，“山脊”首次亮相，迅速成为全球最强大的超级计算机之一。

性能跃升：随着系统的进一步优化和升级，其性能在2019年的排行榜中有所提升，在2019年6月及9月的排行榜中位列第二。

据Sierra官网显示，其CPU峰值TFLOPS为4,666.0。GPU峰值 TFLOP为120,960.0。CPU+GPU峰值 TFLOPS为125,626.00。

技术架构

硬件架构

中央处理器 (CPU)

型号: IBM Power9
核心数: 每个Power9 CPU包含20个核心，每个核心支持8线程，共计160个线程。
时钟频率: 3.1 GHz
缓存: L3缓存为256MB^[1]

图形处理单元 (GPU)

型号: NVIDIA Tesla V100
核心数: 每个V100 GPU拥有5120个CUDA核心。
显存: 每个GPU配备32GB HBM2显存。^[2]

架构

采用Volta架构，具有Tensor Core，特别适合深度学习和高性能计算。
Sierra其架构与Summit非常相似。它由 4,320 个节点构成，具有两个Power9 CPU 和四个 NVIDIA Tesla V100 GPU。HPL性能达到了 94.6 PFlop/s。^[3]

互联网络

类型: Mellanox InfiniBand EDR (Enhanced Data Rate)
速率: 100 Gbps
拓扑: 扁平化、非阻塞的Dragonfly+网络拓扑，以最小化延迟和最大化带宽。

软件架构

并行计算框架

MPI (Message Passing Interface): 用于节点间通信的标准协议。
OpenMP: 共享内存并行编程模型。
CUDA: 用于GPU并行计算的API。

科学应用库和软件

数学库: 如BLAS、LAPACK、ScaLAPACK等，用于矩阵运算。
物理模拟软件: 如分子动力学、流体力学、天体物理学等领域的专业软件。
人工智能框架: TensorFlow、PyTorch等，支持大规模机器学习和深度学习任务。^[4]

所获奖项

2018年6月，Sierra获得TOP500排行榜第3名。

2018年11月，Sierra获得TOP500排行榜第2名。
2018年11月13日，Sierra 荣获 HPCwire 颁发的顶级超级计算成就奖。劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）和橡树岭国家实验室（ORNL）荣获 HPCwire 的 2018 年最佳超级计算成就编辑选择奖和读者选择奖。^[5]
2019年6月，Sierra获得TOP500排行榜第2名。
2019年11月，Sierra获得TOP500排行榜第2名。
2020年6月，Sierra获得TOP500排行榜第3名。
2020年11月，Sierra获得TOP500排行榜第3名。
2021年6月，Sierra获得TOP500排行榜第3名。
2021年11月，Sierra获得TOP500排行榜第3名。
2022年6月，Sierra获得TOP500排行榜第5名。
2022年11月，Sierra获得TOP500排行榜第6名。
2023年6月，Sierra获得TOP500排行榜第6名。
2023年11月，Sierra获得TOP500排行榜第10名。^[6]

应用领域

国家安全研究

Sierra支持国家核安全局（NNSA，美国机构能源部），确保国家核储备的安全性和有效性的核心任务。曾预计于2019年投入生产用于机器学习和高分辨率建模和仿真的分类工作。^[7]

关于劳伦斯利弗莫尔国家实验室

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL）是美国著名的国家实验室之一，专注于国家安全相关的科学研究与技术开发。^[8]

成立时间: 1952年，最初作为劳伦斯伯克利国家实验室的一个分支。

位置: 位于美国加利福尼亚州的利弗莫尔市，旧金山湾区东部。

隶属关系: 直属于美国能源部（DOE）的国家核安全管理局（NNSA）。

运营机构: 运营责任由劳伦斯利弗莫尔国家安全公司（LLNS）承担，该公司由加州大学和其他机构组成。

主要功能与研究领域

核武器研究与维护: LLNL是美国核武器设计和维护的关键实验室之一，负责确保核武库的安全性和有效性。

国防科技研发: 开展火炸药、火工品、药剂及其他高新技术含能材料的研究，以应对国家安全需求。^[9]

超算与高性能计算: 拥有世界级的超级计算机，如Sierra、Sequoia - Blue Gene/Q 以及Blue Gene/L等等，其中Sequoia世界第3快的超级计算机。

核聚变研究: 实现了核聚变反应中的“净能量增益”，即产生的能量超过输入的能量，这是核聚变研究的重要里程碑。

生命科学与生物防御: 包括生物威胁的检测与响应，以及传染病的防控。^[10]

能源与环境: 研究可再生能源技术、气候变化模拟以及环境保护。

材料科学与纳米技术: 探索新材料及其在国防和工业上的应用。

组织规模与资源

年度预算: 约16亿美元。

员工数量: 超过8000人，包括科学家、工程师、技术人员等。

研究设施: 拥有大量高端科研设备，包括新炸药合成实验室、含能材料测试设备、X射线设备等。

实验场地: 拥有专门的试验场，如300号试验场，用于炸药实验。

发现与成就

化学元素发现: LLNL发现了或参与发现了6种化学元素（113号到118号元素）。

国际合作: 与全球多个机构合作，如与中国疾病预防控制中心在辐射安全方面的交流。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室在全球科学界享有盛誉，其研究成果对国家安全、科学进步以及技术发展有着深远影响。

参考资料

【1】超级计算机500强，美摘冠亚军中国排第三!

【2】IT外包网络维护服务：全球超算500强榜单公布：美国拿下冠亚军，中国上榜总数仍居第一

【3】高性能计算发展与应用

【4】超级计算机全球500强：中美“你追我赶”

【5】Sierra honored with Top Supercomputing Achievement from HPCwire

【6】TOP500 List

【7】最新TOP500超算新贵Sierra，主要用于美国国家安全相关研究

【8】劳伦斯利弗莫尔国家实验室详细资料大全

【9】美国再度复现核聚变点火，并突破净能量增益纪录

【10】辐射安全所参加2018年美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）甲状腺放射碘测量国际比对（TRIP）并组织开展六省市甲状腺碘监测仪器校准