美国研发出百万兆级计算机 Summit,“最强超算”竞争加剧

美国研发出百万兆级计算机 Summit,“最强超算”竞争加剧

上个月,美国能源部公布了世界上最快的超级计算机——Summit,整个美国为之庆祝。现在,超级计算机竞赛正朝着下一个里程碑进行: exascale计算(百万兆级的计算)。

他们要到在未来几年内建造一台能每秒运算数十亿亿次计算机,或者建立Exaflop(是千万亿次petaflop的1000倍)级水平的高效能计算机,或者一个exaflop,这将使计算速度提高近5倍。一个百万兆级的计算机一瞬间进行的计算量,相当于地球上的所有人每天每秒都不停地计算四年。

这种非凡的力量将使研究人员能够进行大规模复杂的模拟,从而在许多领域取得进展,从气候科学到基因组学、可再生能源和人工智能。田纳西大学的超级计算机专家Jack Dongarra说:“百万兆级的计算机是一项有力的科学工具,就像粒子对撞机或巨型望远镜一样。”

这些机器在工业上也很有用,它们可以被用于加速产品设计和识别新材料。军方和情报机构也渴望这样的超级计算机能够将被用于维护国家安全。

在中国和美国之间的技术领先地位的日益激烈竞争中,达到“百万兆级”里程碑是相互间较量的一部分。(日本和欧洲也在开发自己的超级电脑;日本人希望在2021年有一台这样的超级计算机,而欧洲人则在希望在2023年实现这一目标。)

想要成功开发出如此强大的计算机,会面临巨大挑战,研发进程可能因为各种困难而推迟。Aurora是一款美国研制的计算机,是由能源部位于伊利诺伊的Argonne国家重点实验室研发的。Supercomputing company Cray公司正在为Argonne建立操作系统,Intel正在为这台超级计算机制作芯片。

为了提高超级计算机的性能,世界各地的研究百万兆级计算机操作系统的工程师都在使用并行机制,这需要工程师们将成千上万的芯片封装到数百万个被称为“核心”的处理单元中。要想让这些计划都变成现实,需要耗费大量时间来做实验。

在处理器之间传送数据、将数据存入存储空间或者将数据从存储空间删除,都会消耗大量的能量,这意味着在其生命周期内操作这台机器的成本可能会超过构建它的成本。美国能源部已经为一台百万兆级计算机设定了40兆瓦的上限,这花费每年4000万美元的电力预算。

Cray公司的首席技术官史蒂夫斯科特解释道,为了降低能耗,工程师们尽可能地将三维存储芯片放置在离计算核心近的地方,以减少数据传送经过的距离。而且他们越来越多地使用闪存,它比像磁盘存储这样的替代系统更节约电能。减少电能消耗可以让在计算中的存储数据过程成本变得更低,而且这种存储方式可以让百万兆级计算机在出现故障时快速恢复。

这种技术进步帮助了Aurora的团队。Scott说:“我们对我们的能力很有自信,相信我们可以在2021年将其研制出来。”

更多美国的计算机将要追随它的步伐。今年4月,美国能源部宣布了一项价值18亿美元的提案,要在2021-2023年之间再推出两款百万兆级计算机。这提案将耗资4亿至6亿美元,剩下的钱将用于升级Aurora,甚至可以用来研制后续的机器。

中国和美国都在为百万兆级机器的软件开发募集资金。据报道,中国有团队在大约在开发15款应用,而美国团队则正在进行25项应用的工作工作,涵盖天体物理学和材料科学等领域。美国国家实验室计算机科学副主任Lawrence Berkeley说:“我们的目标是尽可能实现更多的突破。”

虽然开发出世界上第一台百万兆级计算机是一件让人们自豪感飙升的事情,但Yelick和其他研究人员所做的工作提醒我们,开发出百万兆级的计算机并不是真正的成功,真正重要的是如何利用它来解决一些世界上最棘手的问题。

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