E級超算 將成世界各國爭奪的“下一頂皇冠”

　　人類(lèi)對宇宙探索的好奇心以及對問(wèn)題規模和精度的追求，決定了人們對超級計算能力的需求“不會(huì )止步”。在百P超算實(shí)現之后，E級超算，也就是百億億次超級計算機，將成為世界各國爭奪的“下一頂皇冠”。

　　“新科”全球最快超級計算機“神威·太湖之光”亮相之后，全世界為之一震。“全球第一快”有多快?國家超級計算無(wú)錫中心主任楊廣文打了一個(gè)比方：“神威·太湖之光”1分鐘的計算能力，相當于全球72億人同時(shí)用計算器不間斷計算32年。

　　這個(gè)速度就是93PFlops，浮點(diǎn)運算速度每秒9.3億億次——人類(lèi)歷史上第一次，將高性能計算機的運轉速度記錄接近至每秒十億億次這個(gè)數量級。

　　然而，人類(lèi)對超級計算機性能的追求沒(méi)有止境。“超算性能每提高1個(gè)數量級，人類(lèi)對它們的需求可能提高1000倍，也就是3個(gè)數量級。”中科院計算所研究員、中國計算機學(xué)會(huì )高性能計算專(zhuān)委會(huì )秘書(shū)長(cháng)張云泉在接受記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，人類(lèi)對宇宙探索的好奇心以及對問(wèn)題規模和精度的追求，決定了人們對超級計算能力的需求“不會(huì )止步”。

　　“在百P超算實(shí)現之后，E級超算將成為世界各國爭奪的‘下一頂皇冠’，也就是百億億次超級計算機。”張云泉對記者說(shuō)。

　　預計2020年左右實(shí)現

　　超算水平是一個(gè)國家綜合國力和科技創(chuàng )新能力的重要標志，各國對E級超算的爭奪，無(wú)不摻雜著(zhù)國家戰略的意味。

　　自“天河二號”于2013年11月正式登頂當時(shí)的超算TOP500榜首之后，美國這個(gè)頭號超算強國已連續3年未曾染指這一寶座。然而，種種跡象表明，美國從未在“最快超算梯隊”上掉隊。

　　全球超算TOP500排行榜發(fā)起人、橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室及田納西大學(xué)教授杰克·唐加拉(Jack Dongarra)在接受記者郵件采訪(fǎng)中說(shuō)道，美國能源部通過(guò)國家戰略計算計劃(NSCI)以及與產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的合作，正在推行能進(jìn)行百億億次計算系統的開(kāi)發(fā)。“該系統集成了硬件和軟件能力，在一系列代表政府需求的應用中的表現將是目前10千萬(wàn)億次系統的100倍。”

　　記者了解到，歐洲、日本也制定了自己的E級超算研發(fā)計劃，并將相應計劃的完成時(shí)間表設定在了2020年。

　　張云泉透露，中國也將百億億次超級計算機及相關(guān)技術(shù)的研究寫(xiě)入了國家“十三五”規劃，同時(shí)也希望在2020年左右實(shí)現這一宏偉研究計劃。出人意料的，在幾個(gè)制定了相關(guān)計劃的國家中，只有美國相對“悲觀(guān)”，他們預計百億億次超級計算機的建成或許需要到2022年。

　　業(yè)內人士認為，美國此舉或許并非故弄玄虛，因為隨著(zhù)高性能計算機運算規模的增加，建造它的難度可能將是幾何級數的提升。

　　E級超算的挑戰

　　張云泉告訴記者，百億億次超級計算機的建造難度并不僅僅在于速度的提升，更在于對大規模超算設備的功耗要求。按照由美國倡導的國際公認標準，E級超算的功耗應低于20MW。按照這一功耗目標要求，未來(lái)的E級超級計算機的能效比要達到50 GFlops/W。

　　這在張云泉看來(lái)，是一堵難以逾越的高墻，畢竟排在Green500第三位、創(chuàng )造了大規模高性能計算機效能比的最好成績(jì)的“神威·太湖之光”每瓦性能只有6 GFlops，仍相差一個(gè)數量級。

　　“功耗墻很難逾越，是各國都在面臨的難題。”張云泉對記者說(shuō)：“現在大家希望采用異構加速或異構綜合的方式來(lái)降低功耗的要求，但由此帶來(lái)的是編程的困難。因此，可以說(shuō)研發(fā)E級超算實(shí)際上面臨著(zhù)編程墻、功耗墻、可靠性墻和存儲墻幾個(gè)‘大墻’的圍堵，如何越過(guò)這幾堵墻，面臨很大的挑戰。”

　　在被問(wèn)及這一問(wèn)題時(shí)，杰克·唐加拉給記者列出了一份“沒(méi)有特定順序”的百億億次計算實(shí)現之前的“TOP10挑戰”名單，具體地描繪出了實(shí)現百億億次超級計算機之路上“攔路虎”的樣子。

　　在這份名單里，關(guān)乎計算性能的挑戰有2個(gè)，分別是研發(fā)更節能的電路、電源和冷卻技術(shù)和增加數據流動(dòng)的性能和能量效率;關(guān)乎計算硬件的更新升級的只有1個(gè)：集成先進(jìn)的內存技術(shù)以提高容量和帶寬;而關(guān)乎軟件和開(kāi)發(fā)環(huán)境方面的挑戰則有不少，分別是開(kāi)發(fā)可擴展更強的系統軟件、發(fā)明適于大規模并行處理的新的編程環(huán)境、創(chuàng )建更優(yōu)化的數據管理軟件等。在這份列表中，杰克·唐加拉還提醒計算科學(xué)家們需要從系統或更高角度準備迎接E級計算的挑戰，比如要重塑百億億次超算系統對科學(xué)問(wèn)題的解決方案、提高用新的軟件工具和環(huán)境的生產(chǎn)力、確保E級超算發(fā)生故障時(shí)科學(xué)計算的重現性等。