多国竞相研发百亿亿次超级计算机 降低能耗是大挑战

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2018-01-24

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  2016年的蓝迪国际智库报告不仅仅是蓝迪国际智库平台工作成果的凝聚,也是蓝迪国际智库平台每位成员为“一带一路”建设所付出的努力与汗水的象征。  全国人大常委会委员、外事委员会副主任委员、中国社会科学院蓝迪国际智库项目专家委员会主席赵白鸽在致辞中表示,蓝迪国际智库一直坚持需求导向、结果导向、项目导向。自成立以来先后与巴基斯坦、伊朗、哈萨克斯坦、印度尼西亚等“一带一路”沿线国家开展了积极务实的国际合作,同时逐步筹建与美国、德国、法国等发达国家的合作平台。蓝迪国际智库报告(2016)着重介绍了包括中巴经济走廊在内的“一带一路”六大经济走廊的地方性理论研究,以及中国企业在“一带一路”建设中的实践经验。

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目前,有多个团队正朝着研制出百亿亿次(exascale)超级计算机(以下简称超算)的目标挺进,但要实现这一目标,还面临不少挑战。 英国《自然》杂志在近日的报道中指出,降低超算的能耗非常重要,为此,科学家需要另辟蹊径,在研制工艺上取得革命性突破。

竞相研发E级超算美国橡树岭国家实验室正在紧锣密鼓地研制超级计算机“尖峰(Summit)”。

美国能源部希望在其2018年问世之日,这台投资亿美元的超级“怪兽”能助美国夺回超算界“扛把子”的头衔。 “尖峰”的运算速度被设计为每秒进行20亿亿次浮点运算,比目前世界上运行速度最快的计算机还快60%。 但对于喜欢“得陇望蜀”的计算机科学家来说,“尖峰”是他们的“陇右”,速度为其5倍的百亿亿次超算(也被称为E级超算,被公认是“超算界的下一顶皇冠”)才是他们的“西蜀”,这意味着他们需要把现有最高计算性能提高10倍以上。

目前,全球有多个国家正竞相研发E级超算。 中国计划于2020年推出首台E级超算;美国能源部启动了“百亿亿次计算项目(ExascaleComputingProject)”,希望于2021年至少交付一台E级超算,其中一台的名字为“极光(Aurora)”。

据悉,美国在下一代超算技术方面的研发总投入将达到亿多美元,用美国能源部部长里克·佩里的话说,这些资金就是剑指“下阶段研发百亿亿次系统的全球竞赛”。 此外,欧盟预计于2022年—2023年交付首台E级超算;日本发展E级超算的“旗舰2020计划”由日本理化所主导,完成时间也设定在2020年。

超算之所以广受关注,一方面是因为它体现了各国的综合国力和科技创新能力;另一方面也在于它强大的能力。

科学家估计,E级超算将在气候科学、可再生能源、基因组学、天体物理学、军事以及人工智能等领域大显身手,帮助他们解决目前无法解决的难题,比如,以更高的空间清晰度模拟全球气候变化、模拟宇宙演化及核试验等。 降低能耗是大挑战但理想很丰满,现实很骨感,要想研制出E级超算,科学家面临着极大的挑战,功耗过高首当其冲。

随着速度和性能要求不断提高,如果按现有设计方法,通过不断增加处理器数量来研制超算,其体型和规模会越来越大,数据在存储器和处理器之间进出所耗费的功率会越来越多。

有人甚至预测,超算90%的功率将被用于数据输送。

有科学家已对此提出警告。 2008年,美国能源部高级研究计划局(DAPRA)计算机科学家皮特·寇格领导的团队发布报告称,“功率是E级超算面临的最大问题”,以现有技术研制出的E级超算功率可能高达千兆瓦,需要一个专门的核电站来给它供电,这样的超算显然没有太大实用价值。

随着技术的不断进步,2015年,寇格将功率估算值降到180兆瓦至425兆瓦之间,但这仍然远超目前超算界龙头、中国“神威·太湖之光”15兆瓦的功率。

美国阿贡国家实验室计算、环境和生命科学实验室负责人皮克·斯蒂芬斯表示,目前很多科学家致力于降低超算的功率,最近几年涌现出了一批新兴技术,比如,让存储器更接近计算器,减少数据行进的距离;让高性能存储器向三维扩展而不是朝二维延伸;超算与闪存结合;在芯片不使用时关闭其中的电路;改变电压或频率等来节省功率等。

需要革命性的方式科学家表示,除了上述技术之外,要真正降低能耗,需要制造工艺上出现革命性的突破。 英特尔微处理器技术实验室原主管谢卡尔·博卡说:“渐进式的方法将不再管用,我们需要革命式的方法。 ”据悉,中国首套E级超算系统的功率将不超过30兆瓦;法国可替代能源和原子能组织高性能计算专家简-菲利普·诺米尼介绍称,欧洲致力于将首套超算系统的功率保持在10兆瓦以内。

美国“极光”的功率被设计为40兆瓦,绝对最大功率为60兆瓦。 英特尔公司目前正为其研制芯片,尽管相关细节仍未知,但英特尔公司高性能和百亿亿次计算首席架构师阿尔·加拉表示,公司目前正在开发一个新平台,包括新的芯片微体系结构等。 而中国中科曙光目前正在研制的E级超算模型可能会采用与此前超算不同的方式。 《自然》的报道指出,美国也有专家认为,应该反思超算的发展方向,改变追求峰值运算速度的模式,而注重实用价值。 Top500榜单创始人、田纳西大学计算机科学家杰克·东格拉就称:“速度并不意味着一切。

尽管汽车达到300公里/小时的速度让人惊叹,但大多数汽车的真正价值在于,在日常限速范围内安全可靠地行驶。

”此外,研究人员也在思考未来十年如何超越E级超算,研制出速度更快且性能更佳的超算。

他们认为,下下一代超算可能需要采用一些目前“小荷才露尖尖角”的技术,包括能模拟大脑内神经元操作的神经形态电路或量子计算等。 (记者刘霞)(原标题:超算:朝百亿亿次挺进)。