超级计算机硝烟再起

来源 :科学大众(中学) | 被引量 : 0次 | 上传用户:LIUCHANGQI2003
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  2011年11月14日,由确定超级计算机运算速度的欧美专家组成的“国际T0P500组织”公布了最新排行榜,日本理化学研究所的超级计算机“京”(神户市)继6月后再度位列首位。“京”由理研和富士通共同开发。在最新的排行榜中,构成“京”的864台计算机的运算速度达到每秒10510万亿次。6月时该计算机还在设置阶段,速度即达到每秒8162万亿次,荣登世界最强大计算机的宝座(“国际T0P500组织”每半年更新一次排行榜)。当时比位列第二的中国超级计算机高出3倍以上。在厮杀激烈的超级计算机领域里又点了一把火。
  2010年秋,中国的“天河一号”在位于天津的国防科技大学投入使用,它可以在一秒钟内实现2570万亿次运算,而普通的商用计算机峰值为每秒10亿次运算。相比之下,美国最强大的计算机“美洲虎”只能以每秒1760万亿次运算的速度屈居其次。不过美国人聊可自慰的是“天河一号”使用的仍然是美国制造的微处理器。无疑,在中国、日本、欧洲、美国之间展开的这场竞争必然还会持续下去。
  “京”将在2012年6月完成整个系统的配置,并于2012年11月正式开始运用。除用于模拟演算地震、海啸、台风等地球科学及有关宇宙形成的研究外,“京”还将运用于新材料、医药用品、汽车及飞机的研发等工作。对于计算机性能的要求似乎永无止境,因为人们总是想以更快的速度模拟复杂现象。
  2012年IBM为德国巴伐利亚科学院建造的超级计算机将投入使用,其运算速度可达到3000万亿次。专家预测,10年后,计算机的速度将比现在快1000倍,速度单位将升级为“百亿亿次/秒”。不过为了加快运算速度,就必须使用更多的处理器。超级计算机是个耗能大户,每一台的功率赶得上一个火车头!若将运算速度提高到“百亿亿次/秒”的级别,超级计算机功率就要提高1000倍,它们将不得不建在发电厂旁边才能维持电力供给!因此,目前研究主要是减少处理器的电力消耗,如对处理器之间的数据传输进行优化。另一个目标则是开发新的编程语言来“协调”数十万处理器之间的工作并预防故障的发生。
  我国为何投身超级计算机?
  因为如果缺少这一科学疆场上必不可少的“打击力量”,就无法成为强国。中国在2010年超过了日本,成为仅次于美国的世界第二大经济体。这个长期以来以低成本加工业著称的“世界工厂”,现在已进入了飞速发展的阶段。为了迎头赶上,中国投入巨资,对工业体系进行改造,一方面以满足国民富裕后的消费需求,另一方面旨在掌握战略性装备(如军用飞机或卫星)的建造技术。在这新一轮的创新大战中,高性能的计算工具无疑是一件珍贵的武器。事实上,一个国家拥有的超级计算机的数量和性能如今甚至成为衡量其经济实力的一项指标。各国研究机构近十几年所装备的超级计算机,速度最快的可以在一天内完成普通商用计算机需要300年才能完成的任务!
  超级计算机什么样?
  一台超级计算机由安放在巨大空调机房中的数十个机柜组成。机柜里,数以百计的服务器和成千上万的芯片彼此相联,终日轰鸣,需要多位技术人员维护其运行。超级计算机所用的处理器和最快的个人电脑并无二致,但数量却以千计,以并行运算的方式分担着计算任务。工程师们还对一般用于游戏机的图像处理器加以利用,从而能够以相对较低的能耗大大加快运算速度。中国“天河一号”装有7000块图形处理芯片和1.4万个英特尔处理器。
  我们为什么需要高速运算?
  这一工具可对地震,飞机穿过气流或药物作用于细胞等各种现象进行数字化分析。当情况过于复杂,无法通过实验模拟时,电脑即可大显身手。最早借助超级计算机的是气象学家,他们得以进行更为周密的运算,并对气候变化做出预测。这些功能强大的计算机分析来自卫星的信息,将它们与数据库中的历史数据进行对比。鉴于现在气候研究以全球为考量,所以越来越需要先进的运算工具,来分析诸如风和温度的变化,地形、土壤湿度、洋流路线或大气污染物排放等纷繁复杂的信息。当然,超级计算机也被用于其他战略性领域。如在石油开采中,通过分析超声波回声探测所取得的数据,利用数字模拟可以增加找到矿脉的机会。而在航空工业里,计算机建模大大减少了在找到最佳空气动力学方案之前所要建造的机翼模型数量。从天体物理学到医学,超级计算机的应用范围无限厂阔,模拟蛋白质结构,为洋流、核爆炸、地震活动或雪崩建模,模拟宇宙的形成……几乎所有科学研究领域都需要超级计算机。
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