就在幾周之前，第37次全球超級計算機TOP500排行榜中，我國國防科大研制的“天河一號”第一次獲得“狀元”，排名第一，令國人歡欣雀躍?？墒菦]想到的是，很快第一的位置又被日本超級計算機“京”所取代。

為何“天河一號”所占據(jù)的超算冠軍會被日本計算機奪走？超算冠軍易主又說明了什么？《IT時報》記者帶著對超級計算機的種種好奇，走進位于張江的上海超級計算中心。

超算排名只比計算能力

超級計算機的排名是用什么標準來衡量的？上海超級計算中心副主任李根國告訴記者，目前使用的評判標準是LINPACK(線性系統(tǒng)軟件包)，通俗地講，就是看誰求解一元N次稠密線性代數(shù)方程組的速度更快，以此來評價高性能計算機的浮點性能。

其實，國際TOP500排名，僅僅是計算機速度的比賽，但判斷一個國家的整體計算機實力，不能只看冠軍一個指標。日本超級計算機“京”此次奪冠并不奇怪。在歷史上該國超算水平就很強，從2002年6月至2004年，日本超級計算機“地球模擬器”就曾連續(xù)5次奪得 TOP500桂冠。

在此次榜單中，記者發(fā)現(xiàn)，中國的超算保有量從上次的41臺上升為62臺，居于美國之后，排名第二。雖然這是一個可喜的現(xiàn)象，但李根國認為我國的超級計算機和國外相比還是存在一定缺陷。“一是目前中國的超級計算機大多數(shù)都使用GPU(圖形處理器)加速核心，雖然提升了排名，但GPU僅限于某些程序的加速，應用不廣泛；二是中國可以造出很多超級計算機，但卻沒有掌握核心的CPU技術，大規(guī)模使用的還是英特爾芯片；三是超算的應用范圍還應更廣泛，美國把超算運用到了信息處理方面，比如讓超算模擬經(jīng)濟運行狀態(tài)，以及讓超算來為產品定價，中國在這些方面的應用很少。”李根國認為。

“超級計算機的排名變化很大，一般排在250名之后的超級計算機，在下一次的評比中就會落榜。”李根國說。

目擊世界第40位超級計算機

從1946年，世界上第一臺電子計算機誕生，到我國第一臺超級計算機“銀河一號”于1983年問世，再到后來的“神威”、“曙光”，每一代超級計算機最大的進步就是其計算能力大幅度的提高，從最初的5000次/秒，到2011年6月16日發(fā)布的第37次全球超級計算機TOP500排行榜上位于榜首的8773.63萬億次/秒，如今超級計算機運算速度比最初增長了1億多倍。

說起超級計算機，大家不約而同地都會想到它的運行速度特別快、性能特別強大。而記者在上海超級計算中心的機房里也看到了目前位于世界第40位的“魔方”(即“曙光5000A”)，這是中國首臺百萬億次超級計算機，運行速度可達200萬億次/秒。隔著工作區(qū)域的玻璃門，記者看到了“魔方”黑灰色機柜，猶如整齊排列的披甲武士，上面布滿了高密度刀片主板和基于該主板的世界上第一款7U高度的10片4路4核64位CPU的工業(yè)標準刀片服務器，工作人員正在對“魔方”進行24小時的監(jiān)控。

誰在使用超級計算機？

在機房里記者看到的“魔方”，就是一排排的機柜，那么它的主機、顯示器、鍵盤和鼠標又在哪里？工作人員告訴記者，用戶可通過網(wǎng)絡終端登錄來使用超級計算機，這些終端可以是PC機、工作站、也可以是個人筆記本電腦，這些都成為超級計算機的“鍵盤鼠標”。

這臺神秘的“魔方”誰在使用？“機房上方懸掛的液晶顯示屏上顯示的是‘魔方’目前的使用情況，不同顏色的小方格代表不同的單位，現(xiàn)在已經(jīng)有350個左右課題組申請了魔方的使用賬號，如果有新的課題組要使用魔方，需等候1~2個小時，相對于一開始很多用戶僅上機排隊時間就需要等待一個月時間，已經(jīng)縮短了很多?，F(xiàn)在使用魔方的大多是高校、研究所、工程設計院等，應用也涉及到納米材料、生物醫(yī)藥、航天航空等20多個領域。”李根國告訴記者。

“超級功耗”或達上海耗電量千分之一

超級計算機“算得快”，取決于它的“內心”技術，而支持這顆“心臟”持續(xù)高速工作的是強大的功耗。此次TOP500排名中，有29臺超算的功耗都超過了1MW(兆瓦)，性能排名第1的“京”，功耗也最大，為9.89MW，超級計算機的功耗正呈現(xiàn)出逐步上升的態(tài)勢。李根國告訴記者，日本甚至為 “京”專門建造了發(fā)電站和機房。

超級計算機的功耗到底如何？“‘天河一號’的功耗是6000千瓦，每年所需要的電費高達5000萬元，上海超算中心目前正在使用的‘魔方’的功耗是1000千瓦，每年的電費在1200萬元左右。我國正在規(guī)劃研制一臺5萬萬億次的超級計算機，其功耗預計為20000千瓦，相當于上?？傆秒娏康那Х种弧?rdquo;李根國給記者算了一筆賬。

在目前采用的超級計算機評比標準LINPACK中，并沒有考慮到超級計算機的功耗，只是看超算的運行速度。不過，現(xiàn)在超級計算機的功耗也已經(jīng)出現(xiàn)在評判標準中。超級計算機Green500榜單就主要關注超級計算機在能效方面的表現(xiàn)，以使人們更加關注節(jié)能減排。“如果一臺超級計算機的功耗超過10000千瓦， 就要對其進行控制。” 李根國認為。

TIPS

我們身邊的“超算”

1.氣象預報：人算不如超算

在超級計算機沒有誕生之前，要想知道天氣變化，都要專門人士去布置衛(wèi)星、探測器等，捕捉大氣變化，再根據(jù)自身經(jīng)驗來判斷。

而超算就可以直接模擬大氣變化，結合其它監(jiān)測儀器發(fā)回的數(shù)據(jù)，自動分析出風云變幻，提高了氣象預報的準確性。而我們經(jīng)常聽到的“局部地區(qū)有雨”等字眼在超算的幫助下也會逐步消失，因為超算能準確計算出哪個地區(qū)什么時候會下雨。

2.汽車/飛機設計：安全舒適讓超算把關

汽車設計需要綜合考慮空氣流體動力學、燃料消耗、結構設計、防撞性，乘坐者舒適度、以及噪音等多種因素，因此設計一款好車，必須借助超級計算機。

對于所有人最關心的安全問題，以前在設計汽車時，汽車制造商通常需要用100多輛汽車進行碰撞試驗，而現(xiàn)在用超算來建模、修正、設計后，制造商只需用7~8輛車進行真車實驗，而且也大大縮短了新車的下線周期，從原先的平均36個月縮短到了12個月。而飛機的設計制造亦是如此。

3.市政工程：它知道橋梁的不可承受之重

記者在計算機科技館里看到了一座橋梁的模型，橋梁的底下一層還有輕軌。工作人員告訴記者，超算可以計算出當有輕軌通過時橋梁的應力變化；甚至當兩列相向而行的列車同時經(jīng)過該橋時，橋梁是否扛得住，以保證橋梁和過往車輛的安全。

其實，橋梁的承受力和安全性都是超算通過力學原理計算出來的，比如在極端的氣候條件下，橋梁的承受力；被多大噸位的船撞擊后，橋梁會垮塌等。