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鉅資研製超級計算機。2月,歐洲宣佈將研製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。科學家表示未來的 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並投入使用,開啟科學發現的一個新篇章。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於5000萬台筆記本電腦。英國貝爾法斯特女王大學電子學學院教授迪米特裏奧斯-尼科羅普洛斯表示:“exaflops是高性能運算的下一個疆界。”

　　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。第一台突破petaflops的超級計算機是ibm的“走鵑”,2008年實現這一成就。不過,“走鵑”的最快頭銜並沒有保持很久。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,由富士通公司研製。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,後者達到2.57 petaflops。尼科羅普洛斯説:“高性能超級計算機採用數千個處理器,安裝時需要足球場大小的空間以及大量計算機架。”

　　k computer採用88128個處理器,配備了864個機櫃。尼科羅普洛斯指出,exascale級計算機的個頭並不會更大,甚至有可能更小一點。但所採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。他説:“研製超級計算機仍面臨嚴峻的技術挑戰,其中最大的挑戰就是能耗。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並不具有可行性。”

　　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。他説:“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級計算機在硬體、軟體和應用方面面臨的挑戰。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級計算機可用於很多科學研究領域,幫助科學家得出重要發現。他説:“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。”橡樹嶺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。他説:“這些都是非常嚴峻的問題,需要研發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。”

　　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。他説:“越來越多的人對從整體上研究社會行為産生濃厚興趣。這種研究需要進行大規模模擬,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。”