超級計算機—exaFLOPS級運算正朝我們走來

據美國有線電視新聞網(CNN)30日報道，目前，美國、中國、日本、歐盟和俄羅所都投入巨資研制超級計算機。2月，歐洲宣布將研制超級計算機的經 費提高一倍，達到12億歐元(約合16億美元)。隨著技術的不斷進步，一個新運算時代——exaFLOPS級運算正朝我們走來?？茖W家表示未來的 exaFLOPS級計算機運算速度至少可達到目前最強大的超級計算機的1000倍。

在這個十年結束時，exaFLOPS級計算機便可成為現實并投入使用，開啟科學發(fā)現的一個新篇章。計算機科學家利用FLOPS(每秒浮點運算次數的 英文首字母縮寫)衡量超級計算機的性能，exa是exascale的前綴，意為“百萬兆”。exaFLOPS級計算機每秒的運算次數相當于5000萬臺筆記本電 腦。英國貝爾法斯特女王大學電子學學院教授迪米特里奧斯-尼科羅普洛斯表示：“exaFLOPS是高性能運算的下一個疆界?！?/span>

尼科羅普洛斯指出，當前運算速度最快的超級計算機可達到petaFLOPS級(1peta為10的15次方)，每秒運算次數超過1000萬億。第一 臺突破petaFLOPS的超級計算機是IBM的“走鵑”，2008年實現這一成就。不過，“走鵑”的最快頭銜并沒有保持很久。2009年，美國橡樹嶺國 家實驗室的Cray“美洲虎”運算速度達到1.75 petaFLOPS，取代“走鵑”，成為第一。

根據追蹤高性能運算發(fā)展趨勢的TOP500排行榜，當前運算速度最快的超級計算機是日本的K Computer，由富士通公司研制。這臺超級計算機安裝在神戶的理化學研究所高級計算科學研究所，運算速度超過10 petaFLOPS，是排名第二的中國NUDT YH MPP的3倍，后者達到2.57 petaFLOPS。尼科羅普洛斯說：“高性能超級計算機采用數千個處理器，安裝時需要足球場大小的空間以及大量計算機架。”

K Computer采用88128個處理器，配備了864個機柜。尼科羅普洛斯指出，exascale級計算機的個頭并不會更大，甚至有可能更小一點。但所 采用的處理器數量遠遠超過當前的超級計算機，在100萬到1億個之間。他說：“研制超級計算機仍面臨嚴峻的技術挑戰(zhàn)，其中最大的挑戰(zhàn)就是能耗。超級計算機 的能耗通常不具有可承受性。根據當前的預測，exascale級計算機的能耗可達到100兆瓦特，為exascale級計算機建造一個滿足能量需求的設施 并不具有可行性?！?/p>

計算機的處理器是最大的耗能大戶，耗能在總能耗中的比重達到40%到50%左右，但尼科羅普洛斯表示存儲器正在快速追趕處理器。他說：“改變處理器 和存儲器使用的材料和結構對exascale級計算機能否取得成功至關重要。我們已開始了解到exascale級計算機在硬件、軟件和應用方面面臨的挑 戰(zhàn)。目前，我們正處在確定研究方向的階段。”

尼科羅普洛斯表示exascale級計算機可用于很多科學研究領域，幫助科學家得出重要發(fā)現。他說：“航空航天工程學、天體物理學、生物學、氣候建 模和國家安全領域都需要借助高性能超級計算機?！毕饦鋷X國家實驗室公共信息官比爾-卡巴格指出，exascale級計算機在供電和經濟可承受性方面面臨非 常嚴峻的挑戰(zhàn)。他說：“這些都是非常嚴峻的問題，需要研發(fā)一系列超前技術才能加以解決。目前，我們正投入所有可能的資源，解決這些問題?！?/p>

尼科羅普洛斯表示exascale級計算機同樣能夠讓社會學研究受益。他說：“越來越多的人對從整體上研究社會行為產生濃厚興趣。這種研究需要進行大規(guī)模模擬，了解人與人之間如何互動、交流以及活動方式，因此需要借助exascale級計算機?！?/p>

Cray“美洲虎”超級計算機，每秒運算速度超過1000萬億次。這臺超級計算機位于美國的橡樹嶺國家實驗室，占地面積超過5000平方英尺(約合464平方米)。2009年，它成為世界上運算速度最快的計算機