发展历程

立项与设计阶段

起始与命名^[1]：富岳超级计算机项目由日本理化学研究所（RIKEN）和富士通公司联合发起，旨在打造日本下一代旗舰级超级计算机。其名称“富岳”源自日本最高峰——富士山，象征着该项目追求在高性能计算领域的巅峰地位。

开发与制造

富岳采用ARM架构处理器^[1]，成为全球首台基于此架构进入TOP500排行榜的超级计算机。相较于其前身“京”（K computer），富岳在执行性能上实现了显著提升，最高可达“京”的100倍。这得益于大规模部署富士通定制的A64FX处理器，该处理器专为高性能计算优化，支持高带宽内存和可扩展性。

安装与调试

2019年12月3日^[2]，富岳首批6台计算机已从日本石川县河北市的制造商处运抵位于日本神户市的理化学研究所计算科学研究中心。按照计划，该超算计划在2021年启用。

首次登顶^[3]

2020年6月，富岳在第55期全球超级计算机TOP500榜单中荣登榜首，首次展示了其强大的运算能力。此后，它在多个高性能计算排名中持续保持领先地位，包括HPCG和Graph500 BFS测试，实现多次蝉联冠军。

正式运行

2021年3月9日，拥有世界最快计算速度的理研超级计算机 "富岳"开始正式运行，并在安装该计算机的神户市理研计算科学中心举行了纪念仪式。仪式在安装超级计算机的神户市理研计算科学中心计算机室举行，理研所所长松本博司宣布超级计算机开始全面运行。

后续排名

2021年11月，最新的全球超级计算机性能排行榜揭晓，放置于日本神户市理化学研究所的超级计算机“富岳”在四个性能评比单元连续4次位居榜首。

技术架构

硬件层面技术架构

处理器

富岳的核心硬件组件是富士通定制的A64FX处理器^[4]，基于ARMv8.2-A架构，专为高性能计算优化。每个处理器拥有48个计算核心，支持SVE（Scalable Vector Extensions）指令集，能够处理长达512位的向量操作，极大地提升了浮点运算能力和并行处理效率。这种设计使得富岳在科学计算、大数据分析等领域具有出色的表现。

内存系统

富岳采用高带宽内存（HBM），将内存颗粒直接封装在处理器芯片之上，提供极高的内存带宽和较低的延迟。这种紧密耦合的设计减少了数据在处理器与内存之间传输的时间，对于需要大量数据交换的计算密集型任务至关重要。

互连网络

富岳使用Tofu互联网络（TofuD）^[5]实现节点间的高速通信，支持多种通信模式和路由策略，确保大规模并行任务中的高效数据交换和任务协同。这种网络架构有利于大规模分布式计算，有效降低了通信瓶颈，提高了整个系统的并行计算效率。

图源：网络

冷却系统

鉴于超级计算机的高能耗特性，富岳采用液冷散热方案。通过将冷却液直接流经处理器和其他关键发热部件，迅速带走热量，确保系统在高强度工作状态下保持稳定运行。这种冷却方式不仅提高了散热效率，还降低了风扇噪音，有助于营造安静的工作环境，并且在总体能耗控制方面表现出色。

系统规模与布局

富岳由约400台机柜组成^[6]，每台机柜包含多个计算节点。这些节点通过高效互联网络连接，形成一个庞大而高度协同的计算集群。系统整体设计注重空间利用率、散热效率和维护便捷性，展现了高度工程化的硬件集成水平。

软件层面技术架构

资源管理系统

富岳采用先进的作业调度系统，如Slurm^[7]，对计算资源进行高效管理和分配。用户可以通过提交作业脚本，定义任务的资源需求（如CPU核数、内存大小、运行时间等），系统会自动调度任务在合适的时间和节点上运行，实现资源利用的最大化。

应用软件与库

富岳配备了丰富的科学计算、数据分析、人工智能等相关领域的应用软件和库，如GROMACS、WRF、TensorFlow等，覆盖生物医学、气候模拟、材料科学、机器学习等多个科研和工业领域，为用户提供一站式解决方案。

所获奖项

2019 年 11 月 18 日，基于超级计算机能效的全球排名Green500中排名第一^[8]

2020 年 6 月、2020 年 11 月、2021 年 6 月、2021 年 11 月全球超级计算机500强榜单中，“富岳”均为第一^[9]

2021 年，获“戈登贝尔奖新冠特别奖”^[10]

2022 年 5 月，超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一^[11]

2022 年 11 月，超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一^[12]

2023 年 5 月，超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一^[13]

2023 年 11 月，超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一^[14]

应用案例

预测线状降水带^[15]

日本气象厅在6月启动了基于模拟的预报实验，是利用 “富岳” 对导致集中暴雨的线状降水带进行的预测。该实验将持续到10月。虽然气象厅提供了去年以来的线状降水带的生成预测信息，但使用过去的超级计算机的方法的预测精度并不理想。此次的目标是使用 “富岳” 在高分辨率图像数据的基础上进行模拟计算，以提高天气预报的精度。

飞沫感染模拟

“富岳” 在日本广为人知，是因为它模拟了新冠病毒感染症（COVID-19）的病毒飞沫传播情况。模拟结果在电视节目等媒体上被多次报道，让许多一般人知道了 “富岳” 这个名字。这一结论是理研计算科学研究中心复杂现象统一解法研究小组的组长坪仓诚（神戸大学研究生院系统信息学研究科教授）等人研究分析出来的。

关于RIKEN

研究所概括

日本理化学研究所RIKEN（Institute of Physical and Chemical Research）简称理研，属于文部科学省，是日本资本主义之父涩泽荣一于1917年设立的大型自然科学研究机构，曾在核研究方面进行过研究。理化学研究所的本部位于埼玉县和光市，在茨城县筑波市、兵库县佐用郡、神奈川县横滨市、兵库县神戸市、宫城县仙台市、爱知县名古屋市及东京都板桥区设有分所。RIKEN是日本最大的综合性研究机构，以各种科学学科的高质量研究而闻名。

研究领域

其研究领域包括物理、化学、生物学、工学、 医学、生命科学、材料科学、信息科学等，从基础研究到应用开发十分广泛。RIKEN有大约3000 名研究人员，每年的预算约62亿人民币，大部分研究经费来自政府。1982年RIKEN与中国科学院缔结了多方位的研究合作协议，很多中国研究人员在RIKEN从事研究工作，为中国科学技术的发展做出了贡献。

研究成果

1. 东亚家鼠揭示进化秘密-阐明种间杂交的基因组进化机制
2. 阐明抗癫痫药物的作用机制-为新型抗癫痫药物和PET探针的开发做出贡献
3. 全基因组分析揭示了日本人的遗传起源和特征-尼安德特人-丹尼索瓦人的基因污染与自然选择
4. 实现“核时钟”的进展- 确定钍-229超低能核激发态的寿命
5. “弱相互作用”大大加速了油气资源的转化反应- 螺二吡啶 – 铱催化的硼化反应

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9. 日本超算“富岳”实现四连冠
10. 理研超级计算机 “富岳” 蝉联 Graph500 全球第一
11. 富岳在Graph500的性能评估及优化分析

参考资料

【2】日本超算“富岳”首批6台计算机开始搬入作业

【4】世界最强超算芯片Fujitsu A64FX：继承于SPARC64架构的Arm超级处理器

【5】The Tofu Interconnect

【6】日本“富岳”暂时称霸世界最强超级计算机排行榜

【7】SLURM 作业调度系统

【8】2019年11月18日基于超级计算机能效的全球排名Green500中排名第一

【9】日本的Fugaku连续三届蝉联世界最快超级计算机的称号

【10】喜报！中国超算应用团队摘得年度“戈登贝尔奖”

【11】2022年5月超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一

【12】2022年11月超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一

【13】2023年5月超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一

【14】2023年11月超级计算机富岳在HPCG和Graph500排名中保持全球第一

【15】【科学大设施】“富岳”：新冠疫情中取得多个成果，节能性能也达全球最高峰