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苗得雨:网事争锋

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日志

 
 

计算机的超级联赛  

2008-03-02 03:15:19|  分类: 电脑技术专栏 |  标签: |举报 |字号 订阅

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导语

拥有世界上最聪明的头脑的霍金又说话了,可是这一次他不是在阐述关于黑洞的新证据,而是承认自己的理论出现了错误,需要进行修正。正当人们再一次沉浸在霍金的黑洞世界中的时候,人们却忽略了制成霍金理论的重要力量――超级计算机。

 

注解:超级计算机的定义是:由八个或更多的节点组成、作为单个高性能机器工作的集群。处于信息技术前沿的超级计算机一直是一个国家的重要战略资源,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。没有强大计算能力的超级计算机,宇宙飞船就不能上天,国家安全就做不到万无一失,基因研究就无法继续,复杂的气象、勘探工作就难以精确。正因为如此,长期以来,把握超级计算机领先技术的西方国家,对包括中国在内的发展中国家实行了严格的管制,严禁出口相关的高端技术和产品,只容许这些国家的计算能力达到国际水平的数百分之一。

 

计算出来的黑洞

 

天体物理学是应用物理学的边缘学科,它主要是研究宇宙天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科。研究天体物理学不仅仅能够让人类清晰的认识宇宙和宇宙中的天体运动,更可以让我们在遥远的未来预知地球的活动规律,和人类的命运。因此天体物理学虽然是一门偏科,但始终在天文学和物理学上占有非常重要的地位。虽然天体物理学是一门诞生很早的学科,但是在很长一段时间内,天体物理学研究始终是模糊和不清晰的,直到现如今,天体物理学才产生了飞速的跃进和发展,各种相应的分支学科纷纷出现,而备受我们关注的霍金黑洞理论就是其中之一。

任何科学和理论都是需要有力的证据证明的,但是对于黑洞这种距离我们亿万光年的天体现象怎样证明它的存在和其他相关的说法哪?科学计算往往成为了最重要的理论证明,因此对于霍金而言,他的黑洞理论的幕后功臣除了他自己那个聪明异常的大脑以外,还有一个最终要的因素,就是剑桥大学的COSMOS项目中的SGI超级计算机。在剑桥大学的COSMOS项目中,由超计算机组成的计算网格中心作为一个计算网格核心连接了包括曼彻斯特大学、牛津大学、朴次茅斯大学、苏塞克斯大学和伦敦帝国学院在内的众多大学。在这些超级计算机的帮助下COSMOS项目会处理可以想像到的、最大的、最复杂的数据集:模拟宇宙的起源,从宇宙大爆炸后的第一个十亿分之一秒到现在,中间的时间跨度超过100亿年。

COSMOS项目中,会首先使用这些模型来测试大爆炸后为什么形成和怎样形成宇宙结构的理论,这些宇宙结构包括银河系、行星和恒星。对于大量数据的处理,例如将它们转移到系统的不同部分,或世界的不同地点,这需要世界级的数据管理软件和硬件。这也是COSMOS项目使用一个层次存储管理配置的原因,因为用户可以很方便地访问需要的数据。而SGI公司为了支持霍金教授研究黑洞理论,特别还赠送了霍金一台超级计算机用于帮助霍金进行信息量巨大的数据运算,正是这些超级计算机的帮助,霍金才能够不断的提出新的黑洞理论,并用超级计算机证明并模拟他提出的每一个理论。

 

超级计算的争霸战

 

从事科学研究的科学家需要模拟星辰的诞生和生命的起源,他们对超级计算能力的渴望最为强烈。但是超级计算机在各行各业中都有广泛的应用,包括金融、保险、半导体、电信,甚至我们看到的好莱坞大片,很多都是由超级计算机运算出的CG效果来修饰的。事实上,世界排名前500位的超级计算机中几乎有一半多在为企业服务,超级计算机构成了一个企业在科研与数据处理方面的竞争优势。由于超级计算机在科学和商业方面所具有的统治地位,因此全球各国在超级计算机方面进行着一场不动声色的超级争霸战。美国曾经一直是超级计算机的霸主,不过近些年来,中国、日本这些飞速发展的国家已经开始撼动美国的霸主地位。

在东京,一台由日本政府资助NEC研究的名为“地球模拟器(EarthSimulator)”的超级计算机就打败了美国的惠普公司的ASCIQ,成为了三大最快的超级计算机之一。更令美国人吃惊的是,地球模拟器的运算速度要比美国最快的前20台超级计算机运算速度的总和还要快20倍。这也就意味着,地球模拟器不仅仅可以处理简单的天气预报,如果日本研发出适当的软件,那么地球模拟器完全可以成为世界上最棒的空气动力学研究实验室,让日本研发出优良的飞行器。在看过这台超级计算机后的美国能源部科学办公室主任奥巴赫就惊讶的说:“我简直被眼前的一切惊呆了。”当然令奥巴赫吃惊的并不仅仅是地球模拟器的惊人速度,而是这台超级计算机的高效运算处理能力,尤其是它在进行气候变化和核能发电机模拟时所表现的出色能力。从1997年日本就为之奋斗了6年,就是为了这个他们心中的目标。

地球模拟器在诞生之后迅速的发挥了它强大的功效和性能。现如今,地球模拟器已经开始为日本的汽车制造商进行辅助的汽车设计和模拟碰撞实验。而地球模拟器带给这些公司的回报就是让日本的汽车噪音明显小于美国汽车,因为精密的空气动力学模拟试验有效地让汽车设计师运算出了车型需要改进的地方,从而降低了风噪。

令美国人感到头痛的是,地球模拟器并不是日本唯一能够威胁美国运算霸主地位的超级计算机。在计算生物学领域美国与日本的差距更大。这是一门研究如何利用软件来解决包括医疗诊断和药物发明在内各种问题的学科。早在2001年,日本的理化研究所Riken就制造了一台超级计算机,专门用于从事异常艰巨的工作,比如模拟蛋白质的功能等。这台超级计算机的名字叫做“分子动力学机”,运算速度高达78万亿次,是地球模拟器的2倍,让峰值计算速度只有20.5万亿次的惠普更是无法比拟,而今这台计算机已经成为了世界上最快的超级计算机。

为了应付美国的追赶,日本的Riken研究所已经开始研究更快的新一代超级计算机,这个预计2006年诞生的大家伙能够运算速度达到惊人的1000万亿次/秒。虽然它的主要设计任务是搞清楚蛋白质的复杂结构,但是Riken的生物计算机组研究人员相信,这台计算机能够逐个原子的设计各种材料,在纳米技术领域取得非同寻常的研究成果。

 

超级计算机与中国

 

设计超级计算机的做法一般有两种。日本电气公司NEC的“地球模拟器”采用的所谓矢量结构,这些计算机使用特别定制的硅处理器,因此芯片能够专门处理科学和工程学中繁重的数学运算。相比之下,几乎所有美国的超级计算机的计算装置使用的都是普通的微处理器,也就是我们常见的英特尔安腾之类的商业CPU。当然美国人非常得意他们的设计,因为普通的CPU是大批量生产的,在价格方面要远远的低于日本电气公司那种昂贵的定制芯片。而且当美国的超级计算机需要提高运算速度的时候,他们只需要去英特尔那里购买更多的CPU绑在一起就可以了,这种设计方法别称之为“标量”。

不过非常不幸的,商业成品芯片在进行超级计算机的集群计算时,它的计算峰值速度参数往往可能是具有欺骗性的。当运行复杂的软件去解决物理学、化学和汽车模拟碰撞等试验中非常棘手的问题时,商业CPU芯片集成的系统几乎无法长时间维持其峰值速度的10%。而日本电气公司的超级计算机则可以长时间的维持峰值速度的30%~60%,并且非常稳定。

中国在超级计算机方面也在努力的赶超日本和美国,也就是在上个月,由曙光公司研发的超级计算机“曙光4000A”正式通过科技部验收。这台完全由中国自主设计的超级计算机的峰值运算速度超过每秒11万亿次,使中国成为世界上继美、日之后第三个跨越10万亿次计算大关的国家。622日公布的全球高性能计算机TOP500排行榜中,曙光4000A以每秒超过8万亿次的平均计算速度位列全球第十,这也是我国超级计算机首次进入全球前十名。中国在超级计算机设计方面的努力追赶,将会大大的提升我国在航天、核能、生物学等方面的研究,无论对于这场超级计算机联赛还是中国载人航天技术来说,都将让我们感受到深远的意义和无尽的回报。

 

 

 

全球最快10台超级计算机系统排名

1NEC公司研制的“地球模拟器”。

2、加利福尼亚数字公司为劳伦斯-利弗莫尔国家实验室研制的Thunder

3、惠普公司为洛斯-阿拉莫斯国家实验室研制的ASCI Q

4IBM研制的“蓝色基因/L DD1”原型系统。

5、戴尔公司为美国超级计算应用中心研制的Tungsten

6IBM公司为欧洲中期天气预报中心研制的二台基于Power4芯片的系统。

7、富士通公司研制的“超级组合机群系统”。

8IBM研制的“蓝色基因/L DD2”原型系统。

9、惠普公司为美国西北太平洋国家实验室研制的基于安腾芯片的机群系统。

10、中国曙光计算机公司为上海超级计算机中心研制的“曙光4000A”。

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