E級超算 將成世界各國爭奪的“下一頂皇冠”

　　人類對宇宙探索的好奇心以及對問題規(guī)模和精度的追求，決定了人們對超級計算能力的需求“不會止步”。在百P超算實現(xiàn)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?國家超級計算無錫中心主任楊廣文打了一個比方：“神威·太湖之光”1分鐘的計算能力，相當于全球72億人同時用計算器不間斷計算32年。

　　這個速度就是93PFlops，浮點運算速度每秒9.3億億次——人類歷史上第一次，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數(shù)量級。

　　然而，人類對超級計算機性能的追求沒有止境。“超算性能每提高1個數(shù)量級，人類對它們的需求可能提高1000倍，也就是3個數(shù)量級。”中科院計算所研究員、中國計算機學會高性能計算專委會秘書長張云泉在接受記者采訪時說，人類對宇宙探索的好奇心以及對問題規(guī)模和精度的追求，決定了人們對超級計算能力的需求“不會止步”。

　　“在百P超算實現(xiàn)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。

　　預計2020年左右實現(xiàn)

　　超算水平是一個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，無不摻雜著國家戰(zhàn)略的意味。

　　自“天河二號”于2013年11月正式登頂當時的超算TOP500榜首之后，美國這個頭號超算強國已連續(xù)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、橡樹嶺國家實驗室及田納西大學教授杰克·唐加拉(Jack Dongarra)在接受記者郵件采訪中說道，美國能源部通過國家戰(zhàn)略計算計劃(NSCI)以及與產(chǎn)業(yè)界和學術界的合作，正在推行能進行百億億次計算系統(tǒng)的開發(fā)。“該系統(tǒng)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(xiàn)將是目前10千萬億次系統(tǒng)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技術的研究寫入了國家“十三五”規(guī)劃，同時也希望在2020年左右實現(xiàn)這一宏偉研究計劃。出人意料的，在幾個制定了相關計劃的國家中，只有美國相對“悲觀”，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(nèi)人士認為，美國此舉或許并非故弄玄虛，因為隨著高性能計算機運算規(guī)模的增加，建造它的難度可能將是幾何級數(shù)的提升。

　　E級超算的挑戰(zhàn)

　　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(guī)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，是一堵難以逾越的高墻，畢竟排在Green500第三位、創(chuàng)造了大規(guī)模高性能計算機效能比的最好成績的“神威·太湖之光”每瓦性能只有6 GFlops，仍相差一個數(shù)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：“現(xiàn)在大家希望采用異構加速或異構綜合的方式來降低功耗的要求，但由此帶來的是編程的困難。因此，可以說研發(fā)E級超算實際上面臨著編程墻、功耗墻、可靠性墻和存儲墻幾個‘大墻’的圍堵，如何越過這幾堵墻，面臨很大的挑戰(zhàn)。”

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

　　在這份名單里，關乎計算性能的挑戰(zhàn)有2個，分別是研發(fā)更節(jié)能的電路、電源和冷卻技術和增加數(shù)據(jù)流動的性能和能量效率;關乎計算硬件的更新升級的只有1個：集成先進的內(nèi)存技術以提高容量和帶寬;而關乎軟件和開發(fā)環(huán)境方面的挑戰(zhàn)則有不少，分別是開發(fā)可擴展更強的系統(tǒng)軟件、發(fā)明適于大規(guī)模并行處理的新的編程環(huán)境、創(chuàng)建更優(yōu)化的數(shù)據(jù)管理軟件等。在這份列表中，杰克·唐加拉還提醒計算科學家們需要從系統(tǒng)或更高角度準備迎接E級計算的挑戰(zhàn)，比如要重塑百億億次超算系統(tǒng)對科學問題的解決方案、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)生故障時科學計算的重現(xiàn)性等。