構(gòu)建億億級超級計算機的動力來自于它能解決很多大問題。
業(yè)界爭相制造功能強大的超級計算機是為了解決世界上最重要的某些問題，比如說氣候變化，汽車電池超長壽命的需求，溫度高達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。
超級計算機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行無窮無盡的假定推測情景，以此增加細節(jié)的精確度。盡管目前的超級計算機規(guī)模已經(jīng)非常龐大，但是超級計算機還有很大的發(fā)展空間--本次參加美國俄勒岡州波特蘭市舉行的第22屆SC09年度超級計算機大會的11,000名與會人員中的部分成員要探討的主要話題是超級計算機的下一個性能目標(biāo)是：億億級超級計算機系統(tǒng)。
目前的超級計算機還沒有達到億億級級別的。根據(jù)剛剛公布的超級計算機世界500強排行榜顯示，世界上最快的系統(tǒng)是目前位于橡樹嶺國家實驗室的Cray XT5超級計算機，這款系統(tǒng)配置了AMD公司的最新六核皓龍?zhí)幚砥?，一共擁?24,256個處理核心。排名第二的美洲虎超級計算機的峰值性能可以達到2.3千萬億次浮點計算能力。
但美洲虎超級計算機的記錄只是基準測試的峰值測試結(jié)論。橡樹嶺國家實驗室一流計算設(shè)備部門的項目總監(jiān)Buddy Bland介紹說，美國能源部已經(jīng)開始規(guī)劃構(gòu)建功能要強大1000倍的系統(tǒng)-即億億級超級計算機系統(tǒng)，美洲虎超級計算機也在計劃之列。億億級超級計算機系統(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。后面的項目目前正在法國進行當(dāng)中：即與美國合作開發(fā)的國際高熱原子核試驗反應(yīng)堆。
Bland表示"這些嚴峻的億億級規(guī)模的問題都不是目前的超級計算機能在一朝一夕時間內(nèi)可以解決的"。
超級計算機的發(fā)展速度是驚人的，在他們還停留在初級階段的時候，設(shè)計需要大量能源，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國家實驗室的ASCI Red超級計算機首次突破了萬億次大關(guān)，即每秒的浮點計算能力達到1萬億次。到了2008年位于洛斯阿拉莫斯國家實驗室的IBM走鵑超級計算機實現(xiàn)千萬億的計算速度，即每秒的可持續(xù)浮點計算能力達到1千萬億次。
Bland介紹說，負責(zé)為世界上最大規(guī)模計算機系統(tǒng)提供資金支持的美國能源部希望在2011年到2013年間能擁有兩臺達到10千萬億次計算能力的超級計算機系統(tǒng)。
目前能引發(fā)業(yè)界關(guān)注的下一個里程碑大關(guān)就是達到億億級浮點計算能力，即每秒的浮點計算能力達到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計算能力要快上1000倍。
億億級浮點計算能力有可能會在2018年得以實現(xiàn)。或者每隔十年實現(xiàn)一次大的性能飛躍。摩爾規(guī)律認為芯片上晶體管的數(shù)量每隔18個月就會實現(xiàn)翻倍，這種理論也能為10年的發(fā)展周期提供佐證。但是達到億億級計算規(guī)模所涉及的問題已經(jīng)超出了摩爾定律的范疇。
IBM公司深度計算部門的副總裁戴夫.特瑞克表示，美洲虎超級計算機的耗能為7兆瓦或者700萬瓦特。那么一臺只配置中央處理器處理核心的億億級系統(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和其他超級計算機制造商是競爭對手，他們發(fā)現(xiàn)了一種為用戶節(jié)省能源需求的方法。但是超級計算機制造商仍然需要決定如何構(gòu)建這些系統(tǒng)。隨著時間的推移，他們可能會使用將協(xié)處理器或者加速器與中央處理器相結(jié)合的混合方式來達到降低能耗的目的。
耗能為3.9兆瓦的走鵑超級計算機在最初公布時的計算能力剛剛突破1千萬億次。這款系統(tǒng)采用的是將AMD處理器與包含9個獨立處理器核心的Cell處理器(包括1個PowerPC核心和8個名為協(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)，從而降低計算機的能源需求。
預(yù)計億億級系統(tǒng)的核心數(shù)量大概在1千萬到1億個之間。特瑞克認為后面的數(shù)字可能性更大一些。
特瑞克表示"我們認為億億級系統(tǒng)應(yīng)該是1億個核心的規(guī)模。目前關(guān)于億億級系統(tǒng)還沒有任何實際可操作模式可循。尋求億億級規(guī)模的超級計算機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。運行1億個核心的系統(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行重新設(shè)計，特瑞克強調(diào)說。
IBM公司針對億億級系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)就是將能耗限制在20兆瓦，把超級計算機的規(guī)模保持在70到80個機架之間。美洲虎超級計算機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，同時還指出芯片的研發(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強調(diào)說，我們認為使用加速器絕對是實現(xiàn)億億級計算機可行性戰(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算能力，應(yīng)用軟件可以利用加速器來首先邁進億億級計算的級別。最終常規(guī)用途的億億級計算系統(tǒng)也將得以實現(xiàn)，不過專用億億級計算機系統(tǒng)可能會首先面世。
在億億級超級計算機橫空出世之前，千萬億次級別的系統(tǒng)將在規(guī)模上持續(xù)增長，政府資金支持的大規(guī)模計算系統(tǒng)研發(fā)計劃將呈增長態(tài)勢。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10千萬億次級別的超級計算機系統(tǒng)，中國目前的超級計算機水平也達到了千萬億次級別。政府機構(gòu)看起來對投資大型系統(tǒng)更感興趣，一場國際間的超級計算機競賽可能會從構(gòu)建能解決世界上最迫切問題的計算機系統(tǒng)開始。
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