超级计算机—exaFLOPS级运算正朝我们走来 - 全文

据美国有线电视新闻网(CNN)30日报道，目前，美国、中国、日本、欧盟和俄罗所都投入巨资研制超级计算机。2月，欧洲宣布将研制超级计算机的经 费提高一倍，达到12亿欧元(约合16亿美元)。随着技术的不断进步，一个新运算时代——exaFLOPS级运算正朝我们走来。科学家表示未来的 exaFLOPS级计算机运算速度至少可达到目前最强大的超级计算机的1000倍。

在这个十年结束时，exaFLOPS级计算机便可成为现实并投入使用，开启科学发现的一个新篇章。计算机科学家利用FLOPS(每秒浮点运算次数的 英文首字母缩写)衡量超级计算机的性能，exa是exascale的前缀，意为“百万兆”。exaFLOPS级计算机每秒的运算次数相当于5000万台笔记本电 脑。英国贝尔法斯特女王大学电子学学院教授迪米特里奥斯-尼科罗普洛斯表示：“exaFLOPS是高性能运算的下一个疆界。”

尼科罗普洛斯指出，当前运算速度最快的超级计算机可达到petaFLOPS级(1peta为10的15次方)，每秒运算次数超过1000万亿。第一 台突破petaFLOPS的超级计算机是IBM的“走鹃”，2008年实现这一成就。不过，“走鹃”的最快头衔并没有保持很久。2009年，美国橡树岭国 家实验室的Cray“美洲虎”运算速度达到1.75 petaFLOPS，取代“走鹃”，成为第一。

根据追踪高性能运算发展趋势的TOP500排行榜，当前运算速度最快的超级计算机是日本的K Computer，由富士通公司研制。这台超级计算机安装在神户的理化学研究所高级计算科学研究所，运算速度超过10 petaFLOPS，是排名第二的中国NUDT YH MPP的3倍，后者达到2.57 petaFLOPS。尼科罗普洛斯说：“高性能超级计算机采用数千个处理器，安装时需要足球场大小的空间以及大量计算机架。”

K Computer采用88128个处理器，配备了864个机柜。尼科罗普洛斯指出，exascale级计算机的个头并不会更大，甚至有可能更小一点。但所 采用的处理器数量远远超过当前的超级计算机，在100万到1亿个之间。他说：“研制超级计算机仍面临严峻的技术挑战，其中最大的挑战就是能耗。超级计算机 的能耗通常不具有可承受性。根据当前的预测，exascale级计算机的能耗可达到100兆瓦特，为exascale级计算机建造一个满足能量需求的设施 并不具有可行性。”

计算机的处理器是最大的耗能大户，耗能在总能耗中的比重达到40%到50%左右，但尼科罗普洛斯表示存储器正在快速追赶处理器。他说：“改变处理器 和存储器使用的材料和结构对exascale级计算机能否取得成功至关重要。我们已开始了解到exascale级计算机在硬件、软件和应用方面面临的挑 战。目前，我们正处在确定研究方向的阶段。”

尼科罗普洛斯表示exascale级计算机可用于很多科学研究领域，帮助科学家得出重要发现。他说：“航空航天工程学、天体物理学、生物学、气候建 模和国家安全领域都需要借助高性能超级计算机。”橡树岭国家实验室公共信息官比尔-卡巴格指出，exascale级计算机在供电和经济可承受性方面面临非 常严峻的挑战。他说：“这些都是非常严峻的问题，需要研发一系列超前技术才能加以解决。目前，我们正投入所有可能的资源，解决这些问题。”

尼科罗普洛斯表示exascale级计算机同样能够让社会学研究受益。他说：“越来越多的人对从整体上研究社会行为产生浓厚兴趣。这种研究需要进行大规模模拟，了解人与人之间如何互动、交流以及活动方式，因此需要借助exascale级计算机。”

Cray“美洲虎”超级计算机，每秒运算速度超过1000万亿次。这台超级计算机位于美国的橡树岭国家实验室，占地面积超过5000平方英尺(约合464平方米)。2009年，它成为世界上运算速度最快的计算机

当前世界上最快的超级计算机是日本的K Computer，配备了864个机柜。照片展示了其中一个机柜

K Computer安装在神户的理化学研究所高级计算科学研究所，采用88128个处理器

CDC 6600被誉为世界上第一台超级计算机，由美国人西摩-克雷设计，1964年完工。每秒浮点运算次数超过100万

克雷设计的另一台超级计算机名为“克雷1”号，1976年投入使用，每秒浮点运算次数超过1亿次