超級計算機硝煙再起

2011年11月14日，由確定超級計算機運算速度的歐美專家組成的“國際T0P500組織”公布了最新排行榜，日本理化學研究所的超級計算機“京”(神戶市)繼6月后再度位列首位。“京”由理研和富士通共同開發。在最新的排行榜中，構成“京”的864臺計算機的運算速度達到每秒10510萬億次。6月時該計算機還在設置階段，速度即達到每秒8162萬億次，榮登世界最強大計算機的寶座(“國際T0P500組織”每半年更新一次排行榜)。當時比位列第二的中國超級計算機高出3倍以上。在廝殺激烈的超級計算機領域里又點了一把火。

2010年秋，中國的“天河一號”在位于天津的國防科技大學投入使用，它可以在一秒鐘內實現2570萬億次運算，而普通的商用計算機峰值為每秒10億次運算。相比之下，美國最強大的計算機“美洲虎”只能以每秒1760萬億次運算的速度屈居其次。不過美國人聊可自慰的是“天河一號”使用的仍然是美國制造的微處理器。無疑，在中國、日本、歐洲、美國之間展開的這場競爭必然還會持續下去。

“京”將在2012年6月完成整個系統的配置，并于2012年11月正式開始運用。除用于模擬演算地震、海嘯、臺風等地球科學及有關宇宙形成的研究外，“京”還將運用于新材料、醫藥用品、汽車及飛機的研發等工作。對于計算機性能的要求似乎永無止境，因為人們總是想以更快的速度模擬復雜現象。

2012年IBM為德國巴伐利亞科學院建造的超級計算機將投入使用，其運算速度可達到3000萬億次。專家預測，10年后，計算機的速度將比現在快1000倍，速度單位將升級為“百億億次/秒”。不過為了加快運算速度，就必須使用更多的處理器。超級計算機是個耗能大戶，每一臺的功率趕得上一個火車頭!若將運算速度提高到“百億億次/秒”的級別，超級計算機功率就要提高1000倍，它們將不得不建在發電廠旁邊才能維持電力供給!因此，目前研究主要是減少處理器的電力消耗，如對處理器之間的數據傳輸進行優化。另一個目標則是開發新的編程語言來“協調”數十萬處理器之間的工作并預防故障的發生。

我國為何投身超級計算機?

因為如果缺少這一科學疆場上必不可少的“打擊力量”，就無法成為強國。中國在2010年超過了日本，成為僅次于美國的世界第二大經濟體。這個長期以來以低成本加工業著稱的“世界工廠”，現在已進入了飛速發展的階段。為了迎頭趕上，中國投入巨資，對工業體系進行改造，一方面以滿足國民富裕后的消費需求，另一方面旨在掌握戰略性裝備(如軍用飛機或衛星)的建造技術。在這新一輪的創新大戰中，高性能的計算工具無疑是一件珍貴的武器。事實上，一個國家擁有的超級計算機的數量和性能如今甚至成為衡量其經濟實力的一項指標。各國研究機構近十幾年所裝備的超級計算機，速度最快的可以在一天內完成普通商用計算機需要300年才能完成的任務!

超級計算機什么樣?

一臺超級計算機由安放在巨大空調機房中的數十個機柜組成。機柜里，數以百計的服務器和成千上萬的芯片彼此相聯，終日轟鳴，需要多位技術人員維護其運行。超級計算機所用的處理器和最快的個人電腦并無二致，但數量卻以千計，以并行運算的方式分擔著計算任務。工程師們還對一般用于游戲機的圖像處理器加以利用，從而能夠以相對較低的能耗大大加快運算速度。中國“天河一號”裝有7000塊圖形處理芯片和1.4萬個英特爾處理器。

我們為什么需要高速運算?

這一工具可對地震，飛機穿過氣流或藥物作用于細胞等各種現象進行數字化分析。當情況過于復雜，無法通過實驗模擬時，電腦即可大顯身手。最早借助超級計算機的是氣象學家，他們得以進行更為周密的運算，并對氣候變化做出預測。這些功能強大的計算機分析來自衛星的信息，將它們與數據庫中的歷史數據進行對比。鑒于現在氣候研究以全球為考量，所以越來越需要先進的運算工具，來分析諸如風和溫度的變化，地形、土壤濕度、洋流路線或大氣污染物排放等紛繁復雜的信息。當然，超級計算機也被用于其他戰略性領域。如在石油開采中，通過分析超聲波回聲探測所取得的數據，利用數字模擬可以增加找到礦脈的機會。而在航空工業里，計算機建模大大減少了在找到最佳空氣動力學方案之前所要建造的機翼模型數量。從天體物理學到醫學，超級計算機的應用范圍無限廠闊，模擬蛋白質結構，為洋流、核爆炸、地震活動或雪崩建模，模擬宇宙的形成……幾乎所有科學研究領域都需要超級計算機。