在超級計算機世界裡，“千萬億”次級和“百億億”次級不僅僅是3個數量級的區別。
以每秒浮點運算次數（FLOPS）為單位，千萬億次浮點運算（petaflop，即1015FLOPS）能力意味著一種可商用的高性能計算（HPC）。在商用高性能計算領域內，硬件就是硬件，最為重要的是以儘可能低的成本提高處理速度。
現在，美國、中國、日本以及歐盟都在努力達到百億億次浮點運算（petaflop，即1015FLOPS）能力。中國已宣佈將於2020年實現這一目標。
何時能夠突破百億億次級的障礙？何時計算機的理論峰值性能可超過1百億億次或何時最大真實計算速度可達到1百億億次？這是一個好問題。事實上，計算能力的絕對值已經不像以前那麼重要了。
“現在更趨向於定製專用系統的開發。”高性能計算諮詢公司Hyperion Research的研究與技術副總裁鮑勃•索倫森（Bob Sorensen）說，“我們發現，高性能計算硬件的專業化幾乎已成為一種趨勢，這與千篇一律的通用解決方案恰恰相反。”
據田納西大學電氣工程與計算機科學教授傑克•唐加拉（Jack Dongarra）介紹，美國的百億億次級計算項目包括3臺獨立的計算機，僅硬件總成本就達到18億美元。他說，百億億次級算法和應用的開發成本可能也會達到18億美元。
至於電費，目前還不清楚每臺計算機的耗電量究竟有多少。最近的一項粗略的估算顯示，中國在建的百億億次系統的耗電量為65兆瓦。如果計算機連續運行1年，僅電費一項費用將高達約6000萬美元。
唐加拉說，他懷疑在2021年甚至2022年之前，任何國家都無法開發出持續計算能力達到百億億次的系統。他說，在美國，有兩臺百億億次級計算機將用於公共研發，包括地震分析、天氣和氣候建模以及人工智能研究；另一臺將留作國家安全研究，如模擬核武器。
“第一臺計算機將在位於芝加哥附近的阿爾貢國家實驗室的開放科學實驗室進行開發，被命名為Aurora（也稱A21）。”唐加拉說。該計算機裝有英特爾處理器，由克雷公司研發放置超級計算機200多個機櫃之間的互聯結構。據報道，A21架構帶有英特爾傲騰內存模塊，這是動態隨機存儲器（DRAM）和閃速存儲器的混合模塊。2021年部署完成時，該計算機的峰值計算能力可達1百億億次。
美國的另一部開放科學計算機，位於田納西州的橡樹嶺國家實驗室，將被命名為Frontier，預計在2021年晚些時候推出，其峰值計算能力接近1.5百億億次。其AMD處理器將分佈在100多個機櫃內，每個CPU將配置4個圖形處理單元。
第三臺計算機，El Capitan將在加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室內運行。預計其峰值計算能力也將達到1.5百億億次。El Capitan將於2022年推出，其用戶僅限於國家安全領域。
唐加拉說，在中國已宣佈的3個百億億次級項目中，各項目也都具有自己的相應配置和硬件。在某種程度上，由於特朗普挑起的中美貿易戰，中國將開發自有處理器和高速互聯繫統。
東加拉指出：“中國在高性能計算開發方面非常積極。早在2001年，500強名單中並無中國產計算機。但是現在，中國計算機已經佔據支配地位。”截至2019年6月，在世界500臺最快的超級計算機中，有219臺是中國製造，而美國只有116臺。（如果將每臺計算機的千萬億次浮點運算能力加在一起統計，數字會略有不同。按性能計算，美國擁有世界上38%的高性能計算資源，而中國擁有30%。）
中國的3個百億億次級系統都是圍繞中國生產的CPU建造的。中國國防科學技術大學系統所用的CPU尚未公佈；中國國家並行計算機工程與技術研究中心繫統使用的是基於ARM的無加速CPU；高性能計算公司中科曙光系統使用的是中國海光公司所生產AMD許可的x86架構帶加速CPU。
日本未來的百億億次級機器Fugaku正由日本富士通和日本理化學研究所共同研發，採用了ARM架構。歐盟也在進行百億億次級項目的研發，最引人關注的是歐洲處理器計劃，據唐加拉推測，該計劃可能會採用開源RISC-V架構。
索倫森說，4個主要玩家——中國、美國、日本和歐盟，都已全身心投入到自有CPU和加速器技術的研發中。“這是各種引人關注的架構的重生， ”他說，“大量創新將會誕生。”
本文轉自IEEE_China微信公眾號
閱讀更多 郵電設計技術 的文章
