本文对Fugaku系统做剖析，了解这台世界上最快的超级计算机的架构。
由富士通公司和日本理化学研究所(RIKEN) 共同开发的超级计算机Fugaku，已经在在2020年6月和11月公布的全球超级计算机 TOP 500榜单上连续获得两届冠军，其卓越的性能引起了全球关注。本文对Fugaku系统做剖析，了解这台世界上最快的超级计算机的架构。
Fugaku中文名字叫“富岳”，名字的来源就是Mount Fuji，简单翻译就是富士山或者富岳的意思。
以下内容来源：https://www.cnblogs.com/kongchung/p/13184647.html
系统架构：
一个系统有396个满配的Rack和36个半配的Rack；
一个Rack有384个Node(CPU)；
那么Node数目就是396Full *384+36Half*192=152064+6912=158976个CPU;
Rack高度2000mm，宽度800mm，深度是1400mm；
存储分为三层
第一层是全局文件系统的cache；
第二层是Lustre Based 文件系统；
第三层是还没实现的Off Site的云存储服务；
互联-TofuD网络
Tofu代表Torus Fusion，环形融合；
最后的一个D代表，High Density的节点和Dynamic packet slicing for Dual-rail （双导轨）transfer。
6D网络使用六个坐标系表示，X,Y,Z,A,B,C，其中A,C坐标可以是0或者1；B坐标可以是0,1,2；X,Y,Z的坐标值取决于系统的规模；（所谓1图胜千言，请看下图）
X,Y,Z,B使用2个Port，A,C使用1个Port；每个Port的Link提供5GB/s的峰值吞吐(其中每个Link是8个6.25Gb/s的差分速率的lan组成的(这句话不是很懂))；
6D mesh/torus 网络实现了计算节点的高扩展性；
虚拟的3D torus rank mapping scheme同时提供了高可用和topology-aware的可编程性；
单个节点：1个TofuD Link有10个Port合计20个Lane，Data rate可以达到28Gbps， (28 Gbps x 2 lane x 10port=28Gbps*20Lanes=70GB/s)
单个Link的带宽是：28.05Gbps*2 lane* /8=7.0125GB/s
那么6个Link的带宽一共是：6.8GB/s*6=40.8GB/s
实际可以达到38.GB/s，转化效率是38.1/40.8=93%；
TNI Tofu Network Interface
那么单个的CMU的规模就是X*Y*Z*A*B*C=1*1*1*1*1*2
那么单个的SHELF的规模就是X*Y*Z*A*B*C=1*1*4*2*3*2
那么半框的RACK的规模就是：X*Y*Z*A*B*C=2*2*4*2*3*2
其他的就暂时没看懂了。
CPU-A64FX
A64FX实物
芯片的大小是60mm*60mm，TSMC 7 nm FinFET & CoWoS封装；
芯片布局
可以看到四边是四个HBM2的片上内存，上边是IO接口，其他大部分是Core和Cache，一共48个计算核心；另外4个Core不做计算；
片上内存部分，每个Stack是8GB，带宽是1024GB/s；
IO部分有两个，一个是TofuD Interface，一个是X16 PCIe Gen 3；
Core部分，是ARM V8.2 64bit的核心，实现了2个512bit的向量指令单元SVE（scalable vector extensions）(2*512*2MA/64=32FLOPS)；
说是CPU的基础频率是2GHz，睿频是2.2GHz;
理论的FLOPS是488PFLOPS，睿频下的FLOPS是537PFLOPS；不考虑半宽的Rack的话，理论的PFLOPS是514PFLOPS；计算如下：
考虑152064个CPU的话，每个CPU48Core，运行在2.2GHZ，每个周期可以完成32个FP64的运算，理论性能是152064*48*2.2G*32/1000000=514PFLOPS
96%的节点的实际的HPL的性能是415PFLOPS，那么转化率就是415/514=81%；
功耗和散热的设计
跑HPL的压力的时候的耗电是28.33MW(7.33*3.863)。或者是14.7GFLOPS per Watt，这个要再看一下是什么负载。
节点的大小是：
最后看一下实物集群：
参考文献：
PPT地址：https://www.bnl.gov/modsim2019/files/talks/SatoshiMatsuoka.pdf
论文地址：https://www.icl.utk.edu/files/publications/2020/icl-utk-1379-2020.pdf
系统主页：https://postk-web.r-ccs.riken.jp/
系统的SPEC地址：https://postk-web.r-ccs.riken.jp/spec.html
A64FX的芯片手册：https://github.com/fujitsu/A64FX
TofuD的论文：https://ieeexplore.ieee.org/document/8514929
tofuD的胶片：https://www.fujitsu.com/jp/Images/the-tofu-interconnect-d.pdf
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