美國(guó)實(shí)施趕超日本超高速計(jì)算機(jī)戰(zhàn)略
時(shí)間：2009-06-30 00:13:00
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作者：admin
多年來(lái)，美國(guó)以高速計(jì)算機(jī)老大自居，但兩年前美國(guó)卻碰到一次丟臉的事：日本政府資助開(kāi)發(fā)的超高速計(jì)算機(jī)———NEC的“地球模擬器”打敗了美國(guó)的領(lǐng)先地位。這臺(tái)機(jī)器的計(jì)算速度超過(guò)了美國(guó)運(yùn)算速度處于前20名計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度之和。面對(duì)這種尷尬的局面，今年5月12日，美能源部部長(zhǎng)亞伯拉罕提出一個(gè)發(fā)展超高速計(jì)算機(jī)戰(zhàn)略：開(kāi)發(fā)結(jié)合了向量計(jì)算機(jī)和“用市售流行芯片”組裝的計(jì)算機(jī)優(yōu)點(diǎn)的下一代計(jì)算機(jī)。
對(duì)于日本推出地球模擬器，美能源部科學(xué)辦公室主任奧巴克說(shuō)：“我感到十分震驚。”然而，令?yuàn)W巴克感到驚奇的不是“地球模擬器”的原始速度，而是這臺(tái)機(jī)器有如此高的效率，特別是在模擬氣候變化趨勢(shì)和聚變發(fā)生過(guò)程中的表現(xiàn)。
美國(guó)為了貫徹其趕超戰(zhàn)略，在橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室建立用于開(kāi)放式科學(xué)和工程研究的超級(jí)計(jì)算機(jī)中心。該中心計(jì)劃采用2至3臺(tái)克雷公司制造的巨型機(jī)組成主計(jì)算機(jī)，它將超過(guò)“地球模擬器”的運(yùn)算速度。“地球模擬器”理論上能達(dá)到每秒41萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。橡樹(shù)嶺計(jì)算中心主任扎查利亞說(shuō)：“今年底，克雷主機(jī)硬件將接近每秒40萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。2006年初，達(dá)到每秒100萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算；而到2007年末，將達(dá)到每秒350萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力。”
超高速計(jì)算機(jī)不僅有潛力解決科學(xué)研究中的許多難題，如長(zhǎng)期氣候變化預(yù)測(cè)，而且也是企業(yè)開(kāi)發(fā)更好的產(chǎn)品和加速產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的重要工具。日本“地球模擬器”中心通過(guò)同日本車(chē)廠的合作，將超級(jí)機(jī)用于汽車(chē)工程和模擬碰撞試驗(yàn)，改善汽車(chē)性能。目前，很多日本車(chē)比美國(guó)車(chē)噪聲低，其原因是日本車(chē)廠日益完善的動(dòng)力學(xué)模擬系統(tǒng)，它幫助設(shè)計(jì)者知道如何改變車(chē)體外型減少風(fēng)噪。
美國(guó)商業(yè)周刊報(bào)道說(shuō)，在計(jì)算生物學(xué)方面，日本比美國(guó)具有更大的優(yōu)勢(shì)。2001年，日本物理化學(xué)研究所建造一臺(tái)具有特殊目的計(jì)算機(jī)，用于模擬蛋白質(zhì)功能。這臺(tái)稱為“分子動(dòng)力學(xué)機(jī)器”的計(jì)算機(jī)，擁有每秒78萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力，比“地球模擬器”快近1倍。在2006年初，日本這家研究所預(yù)期將建成一臺(tái)更快的機(jī)器，其運(yùn)算速度達(dá)每秒1000萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。
美國(guó)和日本在設(shè)計(jì)超高速計(jì)算機(jī)時(shí)采取了不同的方法。NEC的超級(jí)機(jī)采用向量結(jié)構(gòu)，他們?yōu)檫@臺(tái)計(jì)算機(jī)訂制新的硅處理器，以用于科學(xué)和工程中大量的數(shù)學(xué)計(jì)算工作。相比之下，幾乎所有美國(guó)的超高速計(jì)算機(jī)都是利用普通市售的微處理機(jī)組合而成。因此其成本比“地球模擬器”使用的芯片便宜得多。當(dāng)美國(guó)需要更高速計(jì)算機(jī)時(shí)，采用的基本是“成比例放大法”。
然而采用這種辦法集裝的機(jī)器，其峰值速度可能帶有不準(zhǔn)確性。在解決物理學(xué)、化學(xué)和模擬汽車(chē)碰撞試驗(yàn)等十分困難的問(wèn)題時(shí)，它很難長(zhǎng)期保持其10%%的峰值速度，而“地球模擬器”卻能保持峰值速度的30%%至60%%。美國(guó)洛斯·阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室的ASCIQ計(jì)算機(jī)峰值速度達(dá)每秒20.5萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，但日本“地球模擬器”實(shí)際比美國(guó)高速計(jì)算機(jī)快6至20倍。“地球模擬器”只用了5120個(gè)處理器，而ASCIQ機(jī)卻用了8192個(gè)處理器。為解決商業(yè)和核武器模擬方面的問(wèn)題，集裝的機(jī)器運(yùn)行情況很好，但在科學(xué)前沿研究工作中，向量結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)則有持續(xù)運(yùn)行速度高的優(yōu)點(diǎn)，而這有可能帶來(lái)科學(xué)上的重大突破。
但向量結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)成本要比集裝的系統(tǒng)高。集裝一臺(tái)超高速計(jì)算機(jī)，達(dá)到每秒17.6萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算（這幾乎達(dá)到“地球模擬器”能力的45%%），花費(fèi)為520萬(wàn)美元，同“地球模擬器”花費(fèi)4億美元相比只能是九牛一毛。
IBM和勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室正建造“藍(lán)色基因/L”計(jì)算機(jī)，當(dāng)這臺(tái)實(shí)驗(yàn)型系統(tǒng)在明年建成時(shí)，它可能達(dá)到每秒360萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，但這一工作還存在不確定性，因?yàn)镮BM目前還沒(méi)有一臺(tái)足夠好的計(jì)算機(jī)有能力對(duì)它進(jìn)行核實(shí)。藍(lán)色基因機(jī)有131072個(gè)處理器。如果像所希望的那樣，藍(lán)色基因機(jī)的建成可能表明，這是將向量機(jī)和集裝機(jī)優(yōu)點(diǎn)綜合在一起的下一代超高速計(jì)算機(jī)的開(kāi)始。而克雷公司正同桑迪亞實(shí)驗(yàn)室共同開(kāi)發(fā)稱為“紅色風(fēng)暴”的、結(jié)構(gòu)同“藍(lán)色基因/L”類(lèi)似的計(jì)算機(jī)。 #p#page_title#e#
目前，美國(guó)國(guó)防部遠(yuǎn)景計(jì)劃研究局正在發(fā)起一項(xiàng)競(jìng)賽，目的是為開(kāi)發(fā)1000萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)尋求“方案”，以平衡向量機(jī)和“成比例增加芯片”機(jī)性能。升陽(yáng)系統(tǒng)公司、IBM和克雷公司參與了這項(xiàng)競(jìng)賽，并計(jì)劃在2006年提交各自的設(shè)計(jì)數(shù)字模型，該局將于2009年對(duì)其中1到2個(gè)方案予以資助，建立工作原型機(jī)。從美、日計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史來(lái)看，日本開(kāi)發(fā)出的優(yōu)異的向量機(jī)迫使美國(guó)將向量機(jī)與集裝機(jī)特性結(jié)合在一起，研發(fā)下一代高速計(jì)算機(jī)。
對(duì)于日本推出地球模擬器，美能源部科學(xué)辦公室主任奧巴克說(shuō)：“我感到十分震驚。”然而，令?yuàn)W巴克感到驚奇的不是“地球模擬器”的原始速度，而是這臺(tái)機(jī)器有如此高的效率，特別是在模擬氣候變化趨勢(shì)和聚變發(fā)生過(guò)程中的表現(xiàn)。
美國(guó)為了貫徹其趕超戰(zhàn)略，在橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室建立用于開(kāi)放式科學(xué)和工程研究的超級(jí)計(jì)算機(jī)中心。該中心計(jì)劃采用2至3臺(tái)克雷公司制造的巨型機(jī)組成主計(jì)算機(jī)，它將超過(guò)“地球模擬器”的運(yùn)算速度。“地球模擬器”理論上能達(dá)到每秒41萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。橡樹(shù)嶺計(jì)算中心主任扎查利亞說(shuō)：“今年底，克雷主機(jī)硬件將接近每秒40萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。2006年初，達(dá)到每秒100萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算；而到2007年末，將達(dá)到每秒350萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力。”
超高速計(jì)算機(jī)不僅有潛力解決科學(xué)研究中的許多難題，如長(zhǎng)期氣候變化預(yù)測(cè)，而且也是企業(yè)開(kāi)發(fā)更好的產(chǎn)品和加速產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的重要工具。日本“地球模擬器”中心通過(guò)同日本車(chē)廠的合作，將超級(jí)機(jī)用于汽車(chē)工程和模擬碰撞試驗(yàn)，改善汽車(chē)性能。目前，很多日本車(chē)比美國(guó)車(chē)噪聲低，其原因是日本車(chē)廠日益完善的動(dòng)力學(xué)模擬系統(tǒng)，它幫助設(shè)計(jì)者知道如何改變車(chē)體外型減少風(fēng)噪。
美國(guó)商業(yè)周刊報(bào)道說(shuō)，在計(jì)算生物學(xué)方面，日本比美國(guó)具有更大的優(yōu)勢(shì)。2001年，日本物理化學(xué)研究所建造一臺(tái)具有特殊目的計(jì)算機(jī)，用于模擬蛋白質(zhì)功能。這臺(tái)稱為“分子動(dòng)力學(xué)機(jī)器”的計(jì)算機(jī)，擁有每秒78萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力，比“地球模擬器”快近1倍。在2006年初，日本這家研究所預(yù)期將建成一臺(tái)更快的機(jī)器，其運(yùn)算速度達(dá)每秒1000萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。
美國(guó)和日本在設(shè)計(jì)超高速計(jì)算機(jī)時(shí)采取了不同的方法。NEC的超級(jí)機(jī)采用向量結(jié)構(gòu)，他們?yōu)檫@臺(tái)計(jì)算機(jī)訂制新的硅處理器，以用于科學(xué)和工程中大量的數(shù)學(xué)計(jì)算工作。相比之下，幾乎所有美國(guó)的超高速計(jì)算機(jī)都是利用普通市售的微處理機(jī)組合而成。因此其成本比“地球模擬器”使用的芯片便宜得多。當(dāng)美國(guó)需要更高速計(jì)算機(jī)時(shí)，采用的基本是“成比例放大法”。
然而采用這種辦法集裝的機(jī)器，其峰值速度可能帶有不準(zhǔn)確性。在解決物理學(xué)、化學(xué)和模擬汽車(chē)碰撞試驗(yàn)等十分困難的問(wèn)題時(shí)，它很難長(zhǎng)期保持其10%%的峰值速度，而“地球模擬器”卻能保持峰值速度的30%%至60%%。美國(guó)洛斯·阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室的ASCIQ計(jì)算機(jī)峰值速度達(dá)每秒20.5萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，但日本“地球模擬器”實(shí)際比美國(guó)高速計(jì)算機(jī)快6至20倍。“地球模擬器”只用了5120個(gè)處理器，而ASCIQ機(jī)卻用了8192個(gè)處理器。為解決商業(yè)和核武器模擬方面的問(wèn)題，集裝的機(jī)器運(yùn)行情況很好，但在科學(xué)前沿研究工作中，向量結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)則有持續(xù)運(yùn)行速度高的優(yōu)點(diǎn)，而這有可能帶來(lái)科學(xué)上的重大突破。
但向量結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)成本要比集裝的系統(tǒng)高。集裝一臺(tái)超高速計(jì)算機(jī)，達(dá)到每秒17.6萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算（這幾乎達(dá)到“地球模擬器”能力的45%%），花費(fèi)為520萬(wàn)美元，同“地球模擬器”花費(fèi)4億美元相比只能是九牛一毛。
IBM和勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室正建造“藍(lán)色基因/L”計(jì)算機(jī)，當(dāng)這臺(tái)實(shí)驗(yàn)型系統(tǒng)在明年建成時(shí)，它可能達(dá)到每秒360萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算，但這一工作還存在不確定性，因?yàn)镮BM目前還沒(méi)有一臺(tái)足夠好的計(jì)算機(jī)有能力對(duì)它進(jìn)行核實(shí)。藍(lán)色基因機(jī)有131072個(gè)處理器。如果像所希望的那樣，藍(lán)色基因機(jī)的建成可能表明，這是將向量機(jī)和集裝機(jī)優(yōu)點(diǎn)綜合在一起的下一代超高速計(jì)算機(jī)的開(kāi)始。而克雷公司正同桑迪亞實(shí)驗(yàn)室共同開(kāi)發(fā)稱為“紅色風(fēng)暴”的、結(jié)構(gòu)同“藍(lán)色基因/L”類(lèi)似的計(jì)算機(jī)。 #p#page_title#e#
目前，美國(guó)國(guó)防部遠(yuǎn)景計(jì)劃研究局正在發(fā)起一項(xiàng)競(jìng)賽，目的是為開(kāi)發(fā)1000萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)系統(tǒng)尋求“方案”，以平衡向量機(jī)和“成比例增加芯片”機(jī)性能。升陽(yáng)系統(tǒng)公司、IBM和克雷公司參與了這項(xiàng)競(jìng)賽，并計(jì)劃在2006年提交各自的設(shè)計(jì)數(shù)字模型，該局將于2009年對(duì)其中1到2個(gè)方案予以資助，建立工作原型機(jī)。從美、日計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史來(lái)看，日本開(kāi)發(fā)出的優(yōu)異的向量機(jī)迫使美國(guó)將向量機(jī)與集裝機(jī)特性結(jié)合在一起，研發(fā)下一代高速計(jì)算機(jī)。
