據(jù)美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)(CNN)30日?qǐng)?bào)道，目前，美國(guó)、中國(guó)、日本、歐盟和俄羅所都投入巨資研制超級(jí)計(jì)算機(jī)。2月，歐洲宣布將研制超級(jí)計(jì)算機(jī)的經(jīng)費(fèi)提高一倍，達(dá)到12億歐元(約合16億美元)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，一個(gè)新運(yùn)算時(shí)代——exaFLOPS級(jí)運(yùn)算正朝我們走來?？茖W(xué)家表示未來的 exaFLOPS級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度至少可達(dá)到目前最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)的1000倍。

在這個(gè)十年結(jié)束時(shí)，exaFLOPS級(jí)計(jì)算機(jī)便可成為現(xiàn)實(shí)并投入使用，開啟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)新篇章。計(jì)算機(jī)科學(xué)家利用FLOPS(每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)的英文首字母縮寫)衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能，exa是exascale的前綴，意為“百萬兆”。exaFLOPS級(jí)計(jì)算機(jī)每秒的運(yùn)算次數(shù)相當(dāng)于5000萬臺(tái)筆記本電腦。英國(guó)貝爾法斯特女王大學(xué)電子學(xué)學(xué)院教授迪米特里奧斯-尼科羅普洛斯表示：“exaFLOPS是高性能運(yùn)算的下一個(gè)疆界。”

尼科羅普洛斯指出，當(dāng)前運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)可達(dá)到petaFLOPS級(jí)(1peta為10的15次方)，每秒運(yùn)算次數(shù)超過1000萬億。第一臺(tái)突破petaFLOPS的超級(jí)計(jì)算機(jī)是IBM的“走鵑”，2008年實(shí)現(xiàn)這一成就。不過，“走鵑”的最快頭銜并沒有保持很久。2009年，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Cray“美洲虎”運(yùn)算速度達(dá)到1.75 petaFLOPS，取代“走鵑”，成為第一。

根據(jù)追蹤高性能運(yùn)算發(fā)展趨勢(shì)的TOP500排行榜，當(dāng)前運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)是日本的K Computer，由富士通公司研制。這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)安裝在神戶的理化學(xué)研究所高級(jí)計(jì)算科學(xué)研究所，運(yùn)算速度超過10 petaFLOPS，是排名第二的中國(guó)NUDT YH MPP的3倍，后者達(dá)到2.57 petaFLOPS。尼科羅普洛斯說：“高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)采用數(shù)千個(gè)處理器，安裝時(shí)需要足球場(chǎng)大小的空間以及大量計(jì)算機(jī)架。”

K Computer采用88128個(gè)處理器，配備了864個(gè)機(jī)柜。尼科羅普洛斯指出，exascale級(jí)計(jì)算機(jī)的個(gè)頭并不會(huì)更大，甚至有可能更小一點(diǎn)。但所采用的處理器數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)前的超級(jí)計(jì)算機(jī)，在100萬到1億個(gè)之間。他說：“研制超級(jí)計(jì)算機(jī)仍面臨嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)，其中最大的挑戰(zhàn)就是能耗。超級(jí)計(jì)算機(jī)的能耗通常不具有可承受性。根據(jù)當(dāng)前的預(yù)測(cè)，exascale級(jí)計(jì)算機(jī)的能耗可達(dá)到100兆瓦特，為exascale級(jí)計(jì)算機(jī)建造一個(gè)滿足能量需求的設(shè)施并不具有可行性。”

計(jì)算機(jī)的處理器是最大的耗能大戶，耗能在總能耗中的比重達(dá)到40%到50%左右，但尼科羅普洛斯表示存儲(chǔ)器正在快速追趕處理器。他說：“改變處理器和存儲(chǔ)器使用的材料和結(jié)構(gòu)對(duì)exascale級(jí)計(jì)算機(jī)能否取得成功至關(guān)重要。我們已開始了解到exascale級(jí)計(jì)算機(jī)在硬件、軟件和應(yīng)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(jí)計(jì)算機(jī)可用于很多科學(xué)研究領(lǐng)域，幫助科學(xué)家得出重要發(fā)現(xiàn)。他說：“航空航天工程學(xué)、天體物理學(xué)、生物學(xué)、氣候建模和國(guó)家安全領(lǐng)域都需要借助高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)。”橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室公共信息官比爾-卡巴格指出，exascale級(jí)計(jì)算機(jī)在供電和經(jīng)濟(jì)可承受性方面面臨非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。他說：“這些都是非常嚴(yán)峻的問題，需要研發(fā)一系列超前技術(shù)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(jí)計(jì)算機(jī)同樣能夠讓社會(huì)學(xué)研究受益。他說：“越來越多的人對(duì)從整體上研究社會(huì)行為產(chǎn)生濃厚興趣。這種研究需要進(jìn)行大規(guī)模模擬，了解人與人之間如何互動(dòng)、交流以及活動(dòng)方式，因此需要借助exascale級(jí)計(jì)算機(jī)。”

Cray“美洲虎”超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒運(yùn)算速度超過1000萬億次。這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)位于美國(guó)的橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)

當(dāng)前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)是日本的K Computer，配備了864個(gè)機(jī)柜。照片展示了其中一個(gè)機(jī)柜

K Computer安裝在神戶的理化學(xué)研究所高級(jí)計(jì)算科學(xué)研究所，采用88128個(gè)處理器

CDC 6600被譽(yù)為世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，由美國(guó)人西摩-克雷設(shè)計(jì)，1964年完工。每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)超過100萬

克雷設(shè)計(jì)的另一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)名為“克雷1”號(hào)，1976年投入使用，每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)超過1億次