芯片/芯片互联/芯片管理/功耗,输了哪个我们都赢不了下一代超算之战

2018-02-14 10:04:03 来源:科技日报
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视觉中国

为了保持在超级计算机研发领域的竞争力,欧盟近日宣布,将投入10亿欧元用于研制两套世界级超级计算机系统,并期望最终超越中国、美国和日本。

 

虽然超级计算机的基本组件与个人电脑没有太大差异,但作为计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,超级计算机一直被视为“国之重器”,是世界各国竞相角逐的科技制高点,也是一个国家科技实力的重要标志。

 

 

运算速度与拥有量 双双领先

谈及超级计算机,可能大家都会觉得离日常生活比较远,其实不然。“超级计算作为一项具有战略意义的技术,它的应用已不局限于基础科学研究,它正在国家安全等领域发挥着重要作用。实际上,我们生活的方方面面都与超级计算机有着密切的联系。”清华大学教授、国家超级计算无锡中心主任杨广文告诉记者。

 

在石油勘探、高端装备制造、生物医药、动漫设计等领域,超级计算机都有广阔的应用前景。比如,借助超级计算机的模拟手段,科学家可在较短的时间内从几十万甚至几百万种化合物中筛选出有效的药物化合物,这不仅节省了购买真实化合物的大量资金,而且大大缩短了药物研发的周期。

 

在最新公布的世界超级计算机TOP500榜单中,我国的“神威·太湖之光”超级计算机以每秒12.5亿亿次的峰值计算能力以及每秒9.3亿亿次的持续计算能力,夺得冠军。它1分钟的运算能力相当于72亿地球人同时用计算器不间断计算32年。

 

“目前,我国是唯一一个超级计算机的计算能力超10亿亿次/秒的国家,其他国家超级计算机的运算速度约在几亿亿次/秒,大概两三亿亿次这样的一个水平,今年美国可能会推出运算速度20亿亿次/秒左右的超级计算机。”清华大学副教授、国家超级计算无锡中心副主任付昊桓对记者说。

 

我国不仅在超级计算机的计算性能上做到了国际领先,而且在超级计算机的拥有量上也名列前茅。在新一期世界超级计算机500强名单中,我国占了202个,美国占143个。

 

上千万人一起干活 协同调度难

此番欧盟要想扭转颓势,研制世界最快的超级计算机,还需要扫清不少技术上的“拦路虎”。

 

比如,我国的“神威·太湖之光”就安装了40960个中国自主研发的“申威26010”众核处理器,同时一个处理器里面有260个核,总共有1000多万个核。

 

在杨广文看来,如何统一调度上千万个核,并令应用程序能将计算任务有效分配到这些核上,这是超级计算机研发领域关注的焦点问题。“1000多万个核去解决一个问题,就相当于一个人指挥上千万人去干活,如果不能科学管理,就很难实现每个人工作效率的最大化。超级计算机也一样,处理器核心统一调度的技术难度也是多方面的。”杨广文说。

 

杨广文表示,首先是芯片技术,要确定什么样的芯片最合适;二是芯片的互联技术,这么多的芯片,用什么方法联起来最高效;三是功耗,要尽量降低功耗;四是管理技术,这么多芯片该如何管理,怎样才能及时发现问题;最后硬件完成以后,还得有应用程序,这样就形成了一个超算的生态,使用中需要不断完善、不断更新。所以,要想研制全球最快的超级计算机,需要全方位的技术突破。

 

付昊桓还表示,虽然近几年因为经费问题,欧盟有关超级计算机的研发相对滞后,但其实欧盟在超级计算机的研发方面已有相应的技术积累,比如芯片研发、系统制造。

 

超级计算机的下一步 打赢应用之战

与此同时,欧盟提出研制最快超级计算机也引发了网友关于未来的超级计算机将会朝着什么方向发展的讨论。

 

“实际上,现在大家都在探索下一代超级计算机的发展方向,但到目前为止还没有定论。无论在结构上还是在采用的技术方案上都没有明确的说法,大家还在不断研究,各国都在摸索。”杨广文说。

 

付昊桓表示,下一代的超级计算机,虽然速度上肯定还会提升,但在应用的层面上会有变化。传统的高性能计算机更多地用于模拟工作,但最近几年有关大数据的应用越来越多,未来的超级计算机可能会比较注重计算与大数据的融合。

 

国际超算界已把超级计算机的下一个速度峰值锁定为E级即百亿亿次/秒。国家“863计划高性能计算机及其核心软件”重大专项总体组组长、中山大学钱德沛教授曾表示:“从速度上说,百亿亿次相当于现在最快计算机的10倍;在计算密度、通信速率、功率能耗等方面,更是提升了一个数量级。”当前,百亿亿次计算机已成为世界各国激烈争夺的“制高点”。同时,杨广文也表示,在下一代超算的竞争中,中国不仅要打赢速度之战,更要打赢应用之战。

 

长久以来,应用被认为是我国超算发展的主要短板。

 

但在杨广文看来,事情已经有了变化。他表示,到目前为止,“神威·太湖之光”已完成应用17项,在天气气候、航空航天、海洋科学等重要领域取得了一些应用成果。最近几年,我国已在超算的应用上取得了长足的进步,也受到了国外相关研究人员的高度关注。

 

 

 
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