美國橡樹嶺國家實驗室

北京時間10月30日消息，一種新型的全球“軍備競賽”正在拉開帷幕，而這一次的競賽是以千萬億次（petaflop）為計算單位的。

美國能源部的超計算機“泰坦”（Titan）周一正式上線，該部對這臺計算機進行了升級，很可能將使其成為這個星球上速度最快的超級計算機。“泰坦”擁有每秒鐘20千萬億次的計算能力，比美國能源部的另一臺超級計算機“紅杉”（Sequoia）高出4千萬億次，后者自今年6月份以來一直都在全球超級計算機排行榜中占據(jù)首位。正式的全球速度最快超級計算機“500強”名單將在下個月公布。

在過去三年時間里，美國在計算世界中的“領(lǐng)地”一直都在被日本、中國和德國瓜分，但現(xiàn)在美國正在重新?lián)尰佚堫^位置。這不只是一種“榮譽勛章”，同時對于國家安全和美國的經(jīng)濟生存能力來說也是至關(guān)重要的。泰坦將可幫助美國科學家在氣候變化、生物燃料、核能、新材料及其他關(guān)鍵領(lǐng)域中占據(jù)研究先驅(qū)地位，這將有助于他們創(chuàng)造新一波的汽車電池、柳枝稷乙醇和改進后的天氣預測工具等產(chǎn)品。

在美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）中，由全球超級計算機領(lǐng)軍企業(yè)Cray公司所生產(chǎn)的“泰坦”已經(jīng)進行了一次重大的升級，這臺超級計算機原名為“美洲虎”（Jaguar）。

與“美洲虎”相比，“泰坦”用AMD生產(chǎn)的299008個速度更快的中央處理器（CPU）取代了前者的224256個中央處理器，此外還配備了由Nvidia生產(chǎn)的18688個圖形處理器來作為中央處理器的加速器，這就是為何“泰坦”配備的中央處理器數(shù)量僅比“美洲虎”多三分之一，而且計算節(jié)點和機柜數(shù)量與“美洲虎”相同，但計算能力卻相當于前者十倍的原因所在。

更重要的是，“泰坦”的處理器比美國能源部此前使用的超級計算機的節(jié)能性要高出五倍。

在最大化運算速度的競賽中，“功率束縛”（Power constraint）是最大的挑戰(zhàn)。“美洲虎”的計算能力僅為每秒鐘2.3千萬億次，但其功耗卻高達7兆瓦，相當于7000個家庭的用電量。去年，“美洲虎”單是用電量這一項的成本就達到了700萬美元。如果“泰坦”與“美洲虎”相比僅僅是增加了中央處理器的數(shù)量，而沒有配備圖形處理器，那么這臺每秒鐘計算能力達20千萬億次的超級計算機的功耗將會達到60兆瓦，每年單是用電量這項成本就會達到6000萬美元，這原本將意味著Cray無法與美國能源部達成生產(chǎn)這臺超級計算機的協(xié)議。

橡樹嶺國家實驗室稱，“泰坦”的電力成本僅比“美洲虎”略高一些。該實驗室分管計算與計算科學的實驗室副主任杰夫·尼克爾斯（Jeff Nichols）稱，“泰坦”的設計是“朝著降低我們‘碳足跡’而采取的負責任的一個步驟”。

“泰坦”所使用的圖形處理器并不特殊，實際上這些圖形處理器與高端個人電腦中所使用的硬件一般無二，是個人電腦游戲“發(fā)燒友”的最愛。這并非游戲第一次幫助超級計算取得了發(fā)展——在洛斯阿拉莫斯國家實驗室（Los Alamos National Laboratory）中，IBM的RoadRunner超級計算機運行的處理器也與索尼PlayStation 3使用的處理器是相同的。

“開發(fā)高性能的計算處理器會耗費數(shù)十億美元的資金，而且沒辦法收回。”Nvidia的首席技術(shù)官史蒂夫·斯科特（Steve Scott）說道。“如果沒有個人消費者業(yè)務作為支持，那么我們是無法做到現(xiàn)在正在做的事情的。”

那么，在開發(fā)出擁有新的運算速度和功率的“泰坦”以后，美國能源部計劃用這臺超級計算機做些什么呢？橡樹嶺國家實驗室的計劃是，繼續(xù)集中致力于目前使用這臺超級計算機從事的40個項目，不過每個項目所獲得的CPU時間不再以千萬為計量單位，而是以億為單位，這將有助于研究人員加快其取得突破的進程。不過，研究人員想要獲得更快的速度只是個時間的問題。到2016年，美國能源部將對“泰坦”進行升級，希望將其后繼者的運算速度提高至每秒鐘200千萬億次，也就是相當于“泰坦”的十倍。

“需求是永無止境的。”斯科特說道。“一旦我們處在百億億次（exaflop）的邊緣，那么科學家就會開始討論他們對十萬億億次（zettaflop）的需求。”