從1993年開始，國(guó)際超級(jí)計(jì)算大會(huì)會(huì)列出世界上運(yùn)算速度最快的計(jì)算機(jī)名單，每年發(fā)布兩次。在這個(gè)已有20年歷史的Top500榜單上，我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)開發(fā)的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，以每秒計(jì)算5.49億億次的峰值計(jì)算速度榮登榜首，而排名第二的、位于美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“泰坦”，計(jì)算速度只有天河二號(hào)的一半。

這是自2011年6月“天河一號(hào)”位列Top500榜首之后，我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的又一次成功登頂；而2011年年末曾超越天河一號(hào)的日本“京”超級(jí)計(jì)算機(jī)，本次只位列第四，速度僅為天河二號(hào)的五分之一。為了應(yīng)對(duì)天河二號(hào)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，美國(guó)能源部和日本文部科學(xué)省宣布聯(lián)合開發(fā)超級(jí)計(jì)算機(jī)，希望能在2020年打造出新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)，目標(biāo)運(yùn)算能力將達(dá)到“京”的100倍以上。

超級(jí)計(jì)算力

自從英國(guó)人查爾斯·巴貝吉在1828年發(fā)明了機(jī)械差分機(jī)以來(lái)，人類開始倚重機(jī)器來(lái)進(jìn)行計(jì)算；而隨著我們正在把一切都數(shù)字化，這種依賴則變得越來(lái)越強(qiáng)。1946年，世界第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生，并且很快用于人口統(tǒng)計(jì)和公司財(cái)務(wù)管理等領(lǐng)域；現(xiàn)在，在商業(yè)、工業(yè)、科學(xué)研究乃至娛樂(lè)的各個(gè)領(lǐng)域，都在呼喚更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。到了今天，超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展水平，甚至已經(jīng)成為國(guó)家科技發(fā)展的標(biāo)志之一。

現(xiàn)在天河二號(hào)一小時(shí)的計(jì)算能力，相當(dāng)于全球人民每秒鐘計(jì)算一次，一直計(jì)算200年。這樣的計(jì)算能力，是許多行業(yè)夢(mèng)寐以求的。銀行和金融行業(yè)用超級(jí)計(jì)算機(jī)在極短時(shí)間里處理大量資金流動(dòng)，石油工業(yè)用超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)仿真分析地層結(jié)構(gòu)尋找油田，醫(yī)藥公司用超級(jí)計(jì)算機(jī)探索蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)開發(fā)新藥；甚至就連我們玩的大型網(wǎng)絡(luò)游戲，也在用超級(jí)計(jì)算機(jī)處理百萬(wàn)玩家傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)，確保每個(gè)玩家眼中看到的都是同一個(gè)虛擬世界。

這只是一些簡(jiǎn)單的例子。超級(jí)計(jì)算機(jī)幫助我們?yōu)榛蛑匦潞Y選排序，讓我們從分子的層面更好地了解自身；超級(jí)計(jì)算機(jī)幫助渲染出真假難辨的3D畫面，讓電影院中的享受宛如踏入全新世界；超級(jí)計(jì)算機(jī)成為互聯(lián)網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，讓我們能在指尖跨越國(guó)界，將20億人的思想緊密連接在一起。

通向“超級(jí)”之路

超級(jí)計(jì)算機(jī)的構(gòu)建思路，和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不大一樣，這可以從超級(jí)計(jì)算機(jī)的衡量指標(biāo)看出來(lái)。作為追求極致速度的計(jì)算工具，超級(jí)計(jì)算機(jī)的指標(biāo)只有寥寥幾項(xiàng)：峰值計(jì)算速度、持續(xù)計(jì)算速度、耗能。雖然有一些質(zhì)疑的聲音，但是這幾項(xiàng)指標(biāo)基本上可以反映超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能和效率。

天河二號(hào)的持續(xù)計(jì)算速度是每秒鐘3.39億億次，同樣比第二名高出一倍左右。這意味著在同一秒鐘內(nèi)，它能完成的計(jì)算量是“泰坦”的二倍，或者說(shuō)，同樣的問(wèn)題求解過(guò)程，在天河二號(hào)上只需要花一半的時(shí)間。顯然，持續(xù)計(jì)算速度越高，所需要的時(shí)間就越少；而時(shí)間就是一切。

至于計(jì)算時(shí)的耗能，則顯然越低越好?，F(xiàn)在天河二號(hào)的能耗效率是1.9億次/瓦，在榜單中排名200位開外，與2008年世界最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)相當(dāng)，大約相當(dāng)于同在榜上的、排名第十的“天河一號(hào)”能耗效率的三倍；但是考慮到天河二號(hào)的運(yùn)算速度是天河一號(hào)的十倍以上，這種能耗效率也足以振奮人心。

計(jì)算速度和能耗都不只取決于構(gòu)成超級(jí)計(jì)算機(jī)的技術(shù)，還更多地有賴于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各類軟件。對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，軟件的重要性甚至超過(guò)硬件：只有通過(guò)合適的軟件，把計(jì)算任務(wù)以最優(yōu)的方式分配、及時(shí)監(jiān)測(cè)和充分利用每一塊處理器的性能，才可能獲得整體最優(yōu)的結(jié)果。如何調(diào)整優(yōu)化整體性能，是超級(jí)計(jì)算機(jī)最重要的研究方向之一；而天河二號(hào)在這一方面，也有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

天河二號(hào)并不是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而是一個(gè)由170部機(jī)柜組成的復(fù)雜系統(tǒng)。它有一萬(wàn)六千個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)由兩塊處理器和三個(gè)協(xié)處理器構(gòu)成，計(jì)算核心超過(guò)三百萬(wàn)個(gè)；雖然大部分計(jì)算核心都來(lái)自于英特爾公司，但由我國(guó)自主開發(fā)的“飛騰1500”計(jì)算核心依然占了總數(shù)的八分之一，并全部用于服務(wù)模塊的應(yīng)用當(dāng)中。在天河二號(hào)上同時(shí)首次使用了自主開發(fā)的“異構(gòu)多態(tài)體系結(jié)構(gòu)”，采用了基于Linux開發(fā)的“麒麟”操作系統(tǒng)和自主開發(fā)的高速網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和能耗綜合控制技術(shù)。因?yàn)槌降诙h(yuǎn)，因此有分析家認(rèn)為，也許直到2015年，天河二號(hào)還能繼續(xù)保持世界第一。

超級(jí)明天

除了政府部門、科研機(jī)構(gòu)和大型企業(yè)，普通人和小型機(jī)構(gòu)也可以從超級(jí)計(jì)算機(jī)中得益。天河二號(hào)將于今年年末之前落戶廣州超級(jí)計(jì)算中心，提供計(jì)算能力的租用服務(wù)。無(wú)論是生物醫(yī)藥研究、航空航天設(shè)計(jì)、太空和地面衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理還是基礎(chǔ)科學(xué)計(jì)算，天河二號(hào)都可以一展身手。也許，和云計(jì)算的趨勢(shì)相結(jié)合，天河二號(hào)這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)將成為新時(shí)代的電力和自來(lái)水：即需即用，隨處可得。

上世紀(jì)九十年代，升陽(yáng)微系統(tǒng)公司的創(chuàng)始人斯科特·麥克尼利曾經(jīng)提出過(guò)“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”的論斷，這種設(shè)想正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。當(dāng)我們可以方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)用計(jì)算資源的時(shí)候，自己隨身攜帶笨重計(jì)算裝置就變得毫無(wú)意義，計(jì)算終端甚至簡(jiǎn)單得可以只剩輸入和輸出設(shè)備，它的“大腦”可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接。超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠讓人們把自己的計(jì)算任務(wù)從自家書房轉(zhuǎn)移到超級(jí)計(jì)算中心，完成那些在個(gè)人計(jì)算機(jī)上無(wú)法完成的任務(wù)；也許再過(guò)幾年，我們就可以使用更為簡(jiǎn)單的客戶端來(lái)調(diào)用不知身在何處的超級(jí)計(jì)算機(jī)為我們工作。

這樣的未來(lái)并不遙遠(yuǎn)。當(dāng)電力無(wú)處不在且充分豐裕和穩(wěn)定時(shí)，自備發(fā)電機(jī)就會(huì)顯得可笑；當(dāng)自來(lái)水源源不斷時(shí)，自己打井將會(huì)變得成本高昂。我們正在邁進(jìn)計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)資源的豐裕期，當(dāng)我們有了足夠強(qiáng)大的公共計(jì)算能力時(shí)，個(gè)人電腦就會(huì)像自家院子里的井一樣成為歷史遺跡。無(wú)論是對(duì)我們自己還是對(duì)于這個(gè)世界，這都是更好的未來(lái)。

（作者為IT科技專欄作家）