構(gòu)建億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的動(dòng)力來自于它能解決很多大問題。
業(yè)界爭(zhēng)相制造功能強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)是為了解決世界上最重要的某些問題，比如說氣候變化，汽車電池超長(zhǎng)壽命的需求，溫度高達(dá)1.5億攝氏度的等離子熔解反應(yīng)堆以及用野草而非玉米來制造生物燃料等。
超級(jí)計(jì)算機(jī)可以幫助研究人員創(chuàng)建三維立體可視圖像而非視頻游戲來運(yùn)行無窮無盡的假定推測(cè)情景，以此增加細(xì)節(jié)的精確度。盡管目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)規(guī)模已經(jīng)非常龐大，但是超級(jí)計(jì)算機(jī)還有很大的發(fā)展空間--本次參加美國(guó)俄勒岡州波特蘭市舉行的第22屆SC09年度超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)的11,000名與會(huì)人員中的部分成員要探討的主要話題是超級(jí)計(jì)算機(jī)的下一個(gè)性能目標(biāo)是：億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)還沒有達(dá)到億億級(jí)級(jí)別的。根據(jù)剛剛公布的超級(jí)計(jì)算機(jī)世界500強(qiáng)排行榜顯示，世界上最快的系統(tǒng)是目前位于橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Cray XT5超級(jí)計(jì)算機(jī)，這款系統(tǒng)配置了AMD公司的最新六核皓龍?zhí)幚砥鳎还矒碛?24,256個(gè)處理核心。排名第二的美洲虎超級(jí)計(jì)算機(jī)的峰值性能可以達(dá)到2.3千萬億次浮點(diǎn)計(jì)算能力。
但美洲虎超級(jí)計(jì)算機(jī)的記錄只是基準(zhǔn)測(cè)試的峰值測(cè)試結(jié)論。橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一流計(jì)算設(shè)備部門的項(xiàng)目總監(jiān)Buddy Bland介紹說，美國(guó)能源部已經(jīng)開始規(guī)劃構(gòu)建功能要強(qiáng)大1000倍的系統(tǒng)-即億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，美洲虎超級(jí)計(jì)算機(jī)也在計(jì)劃之列。億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將用于高清晰氣候模型，生物能源產(chǎn)品，智能柵格研發(fā)以及熔解能源設(shè)計(jì)。后面的項(xiàng)目目前正在法國(guó)進(jìn)行當(dāng)中：即與美國(guó)合作開發(fā)的國(guó)際高熱原子核試驗(yàn)反應(yīng)堆。
Bland表示"這些嚴(yán)峻的億億級(jí)規(guī)模的問題都不是目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)能在一朝一夕時(shí)間內(nèi)可以解決的"。
超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度是驚人的，在他們還停留在初級(jí)階段的時(shí)候，設(shè)計(jì)需要大量能源，資金和空間的投入。直到1997年首款突破萬億次系統(tǒng)的問世，位于Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的ASCI Red超級(jí)計(jì)算機(jī)首次突破了萬億次大關(guān)，即每秒的浮點(diǎn)計(jì)算能力達(dá)到1萬億次。到了2008年位于洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的IBM走鵑超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)千萬億的計(jì)算速度，即每秒的可持續(xù)浮點(diǎn)計(jì)算能力達(dá)到1千萬億次。
Bland介紹說，負(fù)責(zé)為世界上最大規(guī)模計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供資金支持的美國(guó)能源部希望在2011年到2013年間能擁有兩臺(tái)達(dá)到10千萬億次計(jì)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
目前能引發(fā)業(yè)界關(guān)注的下一個(gè)里程碑大關(guān)就是達(dá)到億億級(jí)浮點(diǎn)計(jì)算能力，即每秒的浮點(diǎn)計(jì)算能力達(dá)到100萬萬億次(百萬的三次方)。也就是說比目前的千萬億次浮點(diǎn)計(jì)算能力要快上1000倍。
億億級(jí)浮點(diǎn)計(jì)算能力有可能會(huì)在2018年得以實(shí)現(xiàn)?；蛘呙扛羰陮?shí)現(xiàn)一次大的性能飛躍。摩爾規(guī)律認(rèn)為芯片上晶體管的數(shù)量每隔18個(gè)月就會(huì)實(shí)現(xiàn)翻倍，這種理論也能為10年的發(fā)展周期提供佐證。但是達(dá)到億億級(jí)計(jì)算規(guī)模所涉及的問題已經(jīng)超出了摩爾定律的范疇。
IBM公司深度計(jì)算部門的副總裁戴夫.特瑞克表示，美洲虎超級(jí)計(jì)算機(jī)的耗能為7兆瓦或者700萬瓦特。那么一臺(tái)只配置中央處理器處理核心的億億級(jí)系統(tǒng)的耗能大概是20億瓦特。"這大概是中等規(guī)模的原子能核工廠的耗能。未來還存在很多不可預(yù)期的可能"。
IBM與Cray和其他超級(jí)計(jì)算機(jī)制造商是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，他們發(fā)現(xiàn)了一種為用戶節(jié)省能源需求的方法。但是超級(jí)計(jì)算機(jī)制造商仍然需要決定如何構(gòu)建這些系統(tǒng)。隨著時(shí)間的推移，他們可能會(huì)使用將協(xié)處理器或者加速器與中央處理器相結(jié)合的混合方式來達(dá)到降低能耗的目的。
耗能為3.9兆瓦的走鵑超級(jí)計(jì)算機(jī)在最初公布時(shí)的計(jì)算能力剛剛突破1千萬億次。這款系統(tǒng)采用的是將AMD處理器與包含9個(gè)獨(dú)立處理器核心的Cell處理器(包括1個(gè)PowerPC核心和8個(gè)名為協(xié)作處理原的小型協(xié)處理單元)相混合的體系架構(gòu)。包括圖形處理單元和實(shí)地可編程門陣列在內(nèi)的協(xié)處理器的使用可以將中央處理器的工作負(fù)載遷移到處理器上來處理更加專業(yè)的任務(wù)，從而降低計(jì)算機(jī)的能源需求。
預(yù)計(jì)億億級(jí)系統(tǒng)的核心數(shù)量大概在1千萬到1億個(gè)之間。特瑞克認(rèn)為后面的數(shù)字可能性更大一些。
特瑞克表示"我們認(rèn)為億億級(jí)系統(tǒng)應(yīng)該是1億個(gè)核心的規(guī)模。目前關(guān)于億億級(jí)系統(tǒng)還沒有任何實(shí)際可操作模式可循。尋求億億級(jí)規(guī)模的超級(jí)計(jì)算機(jī)制造商們目前還處在調(diào)研階段，看看正確的模式應(yīng)該是怎樣的。因此如果混合模式是關(guān)鍵所在的話，那么專用核心與常規(guī)核心的合理配比應(yīng)該是什么呢?"。
未來系統(tǒng)的每個(gè)核心必須使用更少的內(nèi)存容量并且需要更多的內(nèi)存帶寬。運(yùn)行1億個(gè)核心的系統(tǒng)將頻繁出現(xiàn)核心故障，用來解決這些問題的應(yīng)用工具也必須以更加靈活的方式進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，特瑞克強(qiáng)調(diào)說。
IBM公司針對(duì)億億級(jí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)就是將能耗限制在20兆瓦，把超級(jí)計(jì)算機(jī)的規(guī)模保持在70到80個(gè)機(jī)架之間。美洲虎超級(jí)計(jì)算機(jī)完全是由中央處理器構(gòu)成的，但是Bland也預(yù)見了未來系統(tǒng)的混合架構(gòu)的趨勢(shì)，同時(shí)還指出芯片的研發(fā)任務(wù)將由提供中央處理器和協(xié)處理器的英特爾和AMD公司來承擔(dān)。
Bland強(qiáng)調(diào)說，我們認(rèn)為使用加速器絕對(duì)是實(shí)現(xiàn)億億級(jí)計(jì)算機(jī)可行性戰(zhàn)略的關(guān)鍵所在。
位于加利福尼亞州Sunnyvale市的高性能計(jì)算研究公司InterSect Research的首席執(zhí)行官埃迪森.斯奈爾表示，加速器可以為專用應(yīng)用軟件提供巨大的計(jì)算能力，應(yīng)用軟件可以利用加速器來首先邁進(jìn)億億級(jí)計(jì)算的級(jí)別。最終常規(guī)用途的億億級(jí)計(jì)算系統(tǒng)也將得以實(shí)現(xiàn)，不過專用億億級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可能會(huì)首先面世。
在億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)橫空出世之前，千萬億次級(jí)別的系統(tǒng)將在規(guī)模上持續(xù)增長(zhǎng)，政府資金支持的大規(guī)模計(jì)算系統(tǒng)研發(fā)計(jì)劃將呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。富士通公司正在規(guī)劃于2011年為日本的物理和化學(xué)研究院制造出10千萬億次級(jí)別的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，中國(guó)目前的超級(jí)計(jì)算機(jī)水平也達(dá)到了千萬億次級(jí)別。政府機(jī)構(gòu)看起來對(duì)投資大型系統(tǒng)更感興趣，一場(chǎng)國(guó)際間的超級(jí)計(jì)算機(jī)競(jìng)賽可能會(huì)從構(gòu)建能解決世界上最迫切問題的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開始。
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