超级计算机美国佬黯然伤神

bsln · 发表于 2011-12-25 14:01:30

超级计算机可以帮助制造核武器，设计航天发动机和生产救命药。多年以来，美国有着最好最大的超级计算机。现在，中国进入了这个领域。


劳伦斯利弗摩尔国家实验室是美国科技和军事力量的象征之一。120多年来，在这个隐藏在旧金山以东小山间的大学中，科学家们沿着落叶遍地的小道散步，或骑着自行车赶往会议，多少重大突破在这里诞生，譬如元素周期表上半数元素的发现和暗物质主要成分的检测。


利弗摩尔最出名的莫过于设计了世界上最先进的核弹头—这是氢弹之父爱德华特勒于1952年创立该实验室的使命。为了实现这个目标，利弗摩尔使用了强大的机器，这就是超级计算机。它们在高度机密且重重守卫的大楼中运转着。美国占绝该行业的主导地位由来已久。然而，实验室武器项目负责人Bruce Goodwin于去年11月收到一则重要消息，中国已经研制出世界上最强大的超级计算机，比利弗摩尔最大的计算机强大4倍。


对于我们大多数人，这个听起来貌似没有什么大不了的，就像苹果推出了一款比微软更快的智能手机一样。但是，对于科学家，行业巨头和那些知道美国全球超级大国微妙的世界领导人来说，这不亚于开创太空时代的前苏联人造卫星。只不过这次，不是俄罗斯在太空竞赛中打败了美国，而是中国，在国防安全最重要的领域之一迎头赶上来了。通过并列运行成千上万个处理器，超级计算机不仅仅可以帮助设计武器系统，还可以模拟气候变化，无限制密码，甚至帮助开发新的救命药。若每秒处理500万亿次操作的话，在空调不运转的情况下，利弗摩尔任意一台超级计算机所放出的热量，就足以让机器数分钟之内融化。

全球高性能计算行业价值256亿美元。谁在该领域把得头筹，就能获得巨大的经济和军事优势。换句话说，如果美国在超级计算方面落后，那么它将很快在所有科学领域失去优势，譬如石油和天然气勘测、医药研究以及安全和军事领域。在最强大的计算机开发竞赛中，不论是经济繁荣还是国家安全，均与之休戚相关。


当中国去年秋天打开天河-1A（也叫银河）超级计算机上的开关时，它跻身于科技世界首位，只不过是为了展示其最新的技术能力。中国占据世界首位，注定会短暂的。六个月之后，日本宣布推出了一个更强大的超级计算机，将中国的天河-1A推到了第二位。不管怎样，中国已经达到了目的，成功地向世界展示了中国已经开始开发最新最大最快的机器。一个让美国人难过的事实是，中国，美国头号军事和政治对手，现在已经在美国垄断数十年的领域与美国不相上下了。专家预计，中国将很快再次超越日本。中国世界排名前500超级计算机的拥有量从20年前一个都没有，一直到现在的74个，仅次于美国（263个）。在美国还在努力筹集资金支持新的开发时，中国似乎有无限的资源来实现它远大的目标。“我们都有点害怕了，”利弗摩尔负责计算业务的Dona Crawford说。“这项技术对于国家安全和经济竞争力非常重要。我们真的会让它悄悄溜走吗？我们确实害怕了。


但是，他们不会放弃的。利弗摩尔团队正在设计一个新型的超级计算机，使用了100多万微处理器，能力达到天河-1A的8倍。这台由IBM制造，代号为红杉的超级计算机预计于2012年底可以完成。该项目的官方花费处于保密状态，但是肯定达到上亿美元，利弗摩尔提供了2亿美元，而IBM也贡献了数百万美元。这是一个风险极大的豪赌。在危险经济时期更是如此。


中国作为超级计算的超级大国出现，不足为奇。他们讨论这个已经讨论了20年。“只是没有谁相信他们，”弗吉尼亚理工大学计算机科学教授Wu Feng称。“现在它就像货运列车一样，跑得太快了。很多人表示担忧。


通往天河-1A的漫长道路始于1986年3月。那个时候中国宣布了发展先进技术的863计划（863指1986年3月）。90年代初，国家支持的曙光信息产业有限公司开始生产基本的超级计算机，几乎没给人们留下什么印象。新世纪来临后，中国开始大力发展。2000年，中国在上海建立了一个巨大的超级计算机中心。北京，深圳，天津紧随其后。今年，新的超级计算中心（豪华的圆形的大楼，像宇宙飞船）在长沙也建起了。


“到处都需要超级计算机，”曙光生产总经理Sha Chaoqu说。今年曙光将向中国的政府和企业客户移交大约1000台超级计算系统。大多数机器并不是完全的超级计算机，但是仍然需要很多电。“中国的超级计算机中心现在是我们最大的客户，”ANSYS的首席执行官Jim Cashman说。ANSYS是一家美国公司，主要提供基于超级计算机的模拟软件。这些模拟软件可以用来设计任何东西，从GE的喷气式飞机到Speedo的泳衣。“不久之前，中国和超级计算机压根风牛马不相及。他们的发展太快了。


随着曙光搭建起完整的系统，其他组织正在开发超级计算机组件。这样，不久的将来，中国就无需依赖美国供应商提供零部件了。接着，将所有的计算机中心整合成一个巨大的计算机大脑。“我几乎可以打包票，五年内，他们将会将数字化基础设施连起来。他们将会创造出一个有我们美国一百倍速度的分布式超级计算机，”弗吉尼亚理工的Feng说。


在利弗摩尔，红杉首批零部件刚刚抵达。在巨大的地板上竖立着10台超级计算机，包括IBM的蓝色基因/L（Blue Gene/L）。其在2005年到2008年期间霸占了全球超级计算机第一位。红杉的能力会达到其40倍，即每秒为20万亿。


这台超级计算机并不是一个巨大的整体，而是由96个架子组成的集合，每个包含32个超薄的小型电脑，像披萨盒子一样堆在一起。将这些连接在一起算是简单了。真正的挑战是写出能够在所有这些芯片中运行的软件。红杉将会拥有160万个处理器。迄今为止，还没有人为这样一个平台写过软件。


此外，在红杉组装完之前，利弗莫尔的科学家们已经开始展望20年后超级计算机的下一个巨大飞越，也就是所谓的Exascale计算机。其速度将达到红杉的500倍，集合了10亿个微处理器。这样一台计算机需要一个全新的处理器，功耗比当前所用的要小很多。否则，整个城市的电力都用来支持它，还不够。中国计划第一个建成Exascale计算机并且已经制定了2020年左右完成目标的路线图。


"这可能是一直以来最大的也最可怕的计算科学事件。“比我们之前看到的还要大很多的创新规划日程，”IBM负责高性能和exascale计算的副总裁Dave Turek称。当被问到和中国竞争的问题时，Turek只是笑了笑。“如果你想知道中国的计划是什么，只要听听我的公开讲话就可以。一周之后，那就将成为中国的计划。


"某种角度看，美国有点像斗败了的公鸡。利弗莫尔计算方面的预算在过去二十年内一直在减少，但是，现在已经恢复到二十年前的水平，每年2亿美金（不考虑通货膨胀）。事实上，利弗莫尔的科学家一直在努力用更少钱做更多的事。同时，中国科学家可能会脸红。在去年参观中国超级计算中心时，利弗莫尔的计算中心主任Crawford失望地得知单独一个中心的预算足够在今年再雇40个科学家；而她自己的人数没有任何改变。然而，Crawford仍然满怀希望。她说，美国人特有的冒险精神促进了利弗莫尔和IBM完整地研发出了蓝色基因/L。现在“我们期望我们能够再创辉煌。


利弗莫尔武器负责人Goodwin更加直白：“如果我们没有赢得这场比赛，”他说，“我们就死定了。我们会彻底伤透了心。”