超级计算超级魅力

（文/曾雨）你可能并不知道,在我们工作、生活的背后,有一些“火力”强大无比的超级计算机,正在默默地让这个世界发生着更为巨大的变化.

科技的快速发展,令计算机的小型化和微型化成为现实,以至于现在很多人把两层楼高的埃尼阿克（编注:埃尼阿克是世界第一台电子计算机,出现在1946年.但目前业界对于ENIAC是否是世界上第一台电子计算机仍存在争议,不过本文不做涉及）当做笑谈.

其实,这是一个误区.你可能不知道,在我们工作、生活的背后,还有一些更为强大的超级计算机,默默地让这个世界发生着更为巨大的变化.

新蓝色基因出炉

日前,IBM宣布将在美国伊利诺斯州的美国能源部Argonne国家实验室内部署一台超级计算机,其运算速度将是目前世界上速度最快的计算机的3倍之多.消息一出,业界震动.

首先,我们来解释一下,什么样的计算机才算是超级计算机呢?

从最根本的定义上来看,超级计算机是由八个或更多的节点组成,并作为单个高性能机器工作的集群.由于处于信息技术的前沿,超级计算机一直是一个国家重要的战略资源,对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义.试想,如果没有强大计算能力的超级计算机,复杂的气象、勘探工作就难以精确完成,基因研究无法继续,航天飞船不能上天,国家安全也很难做到万无一失等

在这里先跟大家解释一个名词:Teraflop,意思就是万亿次浮点计算.在超级计算领域,浮点计算（flop）是一个缩写,其完整的含意为“每秒浮点计算次数”（FLoatingpointOperationsPerSecond）,是一种计算机执行浮点计算能力的衡量标准,1Teraflop即为每秒一万亿次浮点计算.

在此之前,世界上最快的超级计算机是IBM为劳伦斯-利弗莫尔国家实验室研制的BlueGene/L（BlueGene,蓝色基因）,其280.6Teraflop的运算能力（目前的最新数字是478.2Teraflop）已经远远超出了排在其后的系统,而超出其3倍的新超级计算机的计算能力就更令人咋舌了.

据介绍,到明年夏季,这台超级计算机的运算性能将升级为每秒1000Teraflop.作为开发者,IBM方面表示,至少需要堆叠2400米那么高的笔记本电脑才能达到与这台超级计算机相同的性能水平.

这台运算速度惊人的升级“怪兽”,就是IBM最新系列的超级计算机BlueGene/P,是IBM继上一代BlueGene/L之后的新一代产品.可以想见的是,它也将和它的前代产品一样,长期霸占“全球运算速度最快的超级计算机”的宝座.

据了解,新一代的BlueGene/P最多可以配备884736颗处理器,每一颗处理器的性能大致相当于一颗PentiumⅢ芯片,海量的处理器聚合在一起,从而迸发出惊人的运算速度.与之相比,目前的BlueGene/L则“只是”配备了131072颗处理器.

提升计算能力的桎梏

看到这里,有些读者可能会想,如果我们采购了足够多的处理器,譬如将国内零售市场上所有的英特尔处理器都聚集在一起,是不是也能构建出强大无比的超级计算机呢?

当然不会这么简单.据专家介绍,构建超级计算机最主要的难题在于需要一种全新的软件――软件编码可以指挥计算机系统如何工作,这种全新的软件能够对成千上万颗同时工作的处理器进行有机、有序的管理和协调,将它们发挥到极致,从而得到惊人的计算和处理能力.然而问题是,这种软件的研制和开发是非常困难的,国外的顶级厂商也是经历了漫长的周期和无尽的努力才达到今天的技术水平.对于后来者来说,这种成果也要付出艰苦卓绝的打拼,绝非一朝一夕所能达到.

对此,英特尔公司高级研发专家TimothyMattson就指出:“当超级计算机进行并行计算时,软件的工作就出现混乱的状况,问题的关键在于软件,而不是硬件.”他同时表示,英特尔公司目前在这方面还没有一个非常明确的计划.

IBM公司深度计算部门副总裁DeTurek不无骄傲地认为,新型超级计算机BlueGene/P是“在解决和提高运算能力的探索征程上迈出重要的一步”.他表示,一台运算速度极快的超级计算机可以解决科学、工程、环境、工业、金融和国家安全等领域的复杂问题,大到宇宙小到原子,超级计算机都能最大发挥其潜能,它能够“真实地”模拟出原子核内电子的运动情况,甚至能够模拟地球的诞生乃至灭亡.

尤为值得称道的是,IBM在BlueGene系列超级计算机的研发设计中,充分考虑了当今IT业的发展趋势――能源使用和空间需求两大问题.与其他超级计算机相比,BlueGene系列超级计算机能够适应更小的安装空间以及使用更少的电力能源.在新一代超级计算机BlueGene/P的研发上,IBM更是将这一设计思路发挥至极致.按照IBM的说法,BlueGene/P与其他一些超级计算机相比,在能源效率方面至少提高了7倍.

未来发展趋势

尽管两代产品的间隔时间是如此之短,但是BlueGene/P和BlueGene/L之间还是存在着极大的不同.首先,BlueGene/P在每个芯片中采用了4颗处理器,处理器的主频为850MHz,而BlueGene/L则在每个芯片中采用两颗处理器,处理器的主频也只有700MHz,其次,BlueGene/P采用更多的内存和新型的P模式（对称多处理,SymmetricalMultiProcessing）来支持多线程应用,这种P模式的最大好处在于,它能将BlueGene/P移植到一种类似于商业集群的编程环境中,再次,新型BlueGene/P超级计算机极大地扩展了连接网络的性能,这样可以最大程度地减少大型并行计算系统中固有的常见瓶颈,使整个系统的计算能力得到更进一步的释放,最后,我们不能忽视的是BlueGene/P在软件方面的变化,而软件也是本次BlueGene/P的重要升级内容,因为在新的BlueGene/P里,无论是系统管理、编程环境,还是应用支持,都得到了全面的更新和升级.

显然,在超级计算机的设计和研发上,IBM具有相当深厚的功底.尽管BlueGene长期霸占全球运算速度第一的宝座,但是在半年前的全球超级计算机500强中,IBM只有192台系统上榜,而HP公司则有203台系统入围.不过在11月13日最新发布的全球超级计算机500强中,IBM重新夺回优势,共有232台系统上榜,而HP减少为166台.另外,从处理器的使用上来看,有261台系统使用了英特尔处理器,AMD的皓龙处理器也顺利入驻113台系统,较一年前有了长足的进步.

对于开放源码的推崇者来说,他们也会非常高兴地在全球超级计算机500强的榜单中发现,有高达85%的系统使用了Linux,或许这就是超级计算机操作系统的未来走向吧!