美国实施赶超日本超高速计算机战略

时间:2009-06-30   来源:   网友评论:0   人气: 257 作者:

多年来,美国以高速计算机老大自居,但两年前美国却碰到一次丢脸的事:日本政府资助开发的超高速计算机———NEC的“地球模拟器”打败了美国的领先地位。这台机器的计算速度超过了美国运算速度处于前20名计算机的计算速度之和。面对这种尴尬的局面,今年5月12日,美能源部部长亚伯拉罕提出一个发展超高速计算机战略:开发结合了向量计算机和“用市售流行芯片”组装的计算机优点的下一代计算机。
  对于日本推出地球模拟器,美能源部科学办公室主任奥巴克说:“我感到十分震惊。”然而,令奥巴克感到惊奇的不是“地球模拟器”的原始速度,而是这台机器有如此高的效率,特别是在模拟气候变化趋势和聚变发生过程中的表现。
  美国为了贯彻其赶超战略,在橡树岭实验室建立用于开放式科学和工程研究的超级计算机中心。该中心计划采用2至3台克雷公司制造的巨型机组成主计算机,它将超过“地球模拟器”的运算速度。“地球模拟器”理论上能达到每秒41万亿次浮点运算。橡树岭计算中心主任扎查利亚说:“今年底,克雷主机硬件将接近每秒40万亿次浮点运算。2006年初,达到每秒100万亿次浮点运算;而到2007年末,将达到每秒350万亿次浮点运算能力。”
  超高速计算机不仅有潜力解决科学研究中的许多难题,如长期气候变化预测,而且也是企业开发更好的产品和加速产品进入市场的重要工具。日本“地球模拟器”中心通过同日本车厂的合作,将超级机用于汽车工程和模拟碰撞试验,改善汽车性能。目前,很多日本车比美国车噪声低,其原因是日本车厂日益完善的动力学模拟系统,它帮助设计者知道如何改变车体外型减少风噪。
  美国商业周刊报道说,在计算生物学方面,日本比美国具有更大的优势。2001年,日本物理化学研究所建造一台具有特殊目的计算机,用于模拟蛋白质功能。这台称为“分子动力学机器”的计算机,拥有每秒78万亿次浮点运算能力,比“地球模拟器”快近1倍。在2006年初,日本这家研究所预期将建成一台更快的机器,其运算速度达每秒1000万亿次浮点运算。
  美国和日本在设计超高速计算机时采取了不同的方法。NEC的超级机采用向量结构,他们为这台计算机订制新的硅处理器,以用于科学和工程中大量的数学计算工作。相比之下,几乎所有美国的超高速计算机都是利用普通市售的微处理机组合而成。因此其成本比“地球模拟器”使用的芯片便宜得多。当美国需要更高速计算机时,采用的基本是“成比例放大法”。
  然而采用这种办法集装的机器,其峰值速度可能带有不准确性。在解决物理学、化学和模拟汽车碰撞试验等十分困难的问题时,它很难长期保持其10%%的峰值速度,而“地球模拟器”却能保持峰值速度的30%%至60%%。美国洛斯·阿拉莫斯实验室的ASCIQ计算机峰值速度达每秒20.5万亿次浮点运算,但日本“地球模拟器”实际比美国高速计算机快6至20倍。“地球模拟器”只用了5120个处理器,而ASCIQ机却用了8192个处理器。为解决商业和核武器模拟方面的问题,集装的机器运行情况很好,但在科学前沿研究工作中,向量结构计算机则有持续运行速度高的优点,而这有可能带来科学上的重大突破。
  但向量结构计算机成本要比集装的系统高。集装一台超高速计算机,达到每秒17.6万亿次浮点运算(这几乎达到“地球模拟器”能力的45%%),花费为520万美元,同“地球模拟器”花费4亿美元相比只能是九牛一毛。
  IBM和劳伦斯·利弗莫尔实验室正建造“蓝色基因/L”计算机,当这台实验型系统在明年建成时,它可能达到每秒360万亿次浮点运算,但这一工作还存在不确定性,因为IBM目前还没有一台足够好的计算机有能力对它进行核实。蓝色基因机有131072个处理器。如果像所希望的那样,蓝色基因机的建成可能表明,这是将向量机和集装机优点综合在一起的下一代超高速计算机的开始。而克雷公司正同桑迪亚实验室共同开发称为“红色风暴”的、结构同“蓝色基因/L”类似的计算机。


 

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