千万亿次的梦想与现实

"Petascale"、"Petaflops"是当前在高性能计算机领域经常使用的两个词汇。所谓"Petascale"或 "Petaflops"是指每秒进行1000万亿次双精度浮点运算，这是当前全球最快的超级计算机--安装在美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室 (NASL)的IBM蓝色基因/L系统的3.5倍。自1997年6月TOP500排名中第一次出现Linpack测试超过万亿次(1 Teraflops)超级计算机，到8年后全球最快超级计算机TOP500排行榜入门门槛1 Teraflops，我们说万亿次计算时代真正到了。
　　
千万亿次的概念
　　
实际上我们在谈千万亿次超级计算机时必须要区分三点：一是系统理论峰值计算速度千万亿次；二是通常意义下全球TOP500排名中 Linpack测试峰值Pflops; 三是在实际应用中持续应用性能Pflops。我们在谈到千万亿次计算时更多的是指在实际应用中持续应用性能超过千万亿次每秒。

TOP500中几年来第1名和第500名均保持6～8年的时间，也就是说当今的第1名在6～8年后则排名到第500名，而8～10年后微处理器芯片就可达到本年度TOP第500名的浮点性能。当前，全球高性能计算机学术界及产业界都期待并预测2010年6月第一台Linpack测试峰值千万亿次（Petaflops）计算机的出现，并期待8年后，也就是2018年，千万亿次超级计算时代的真正到来，也就是说千万亿次将是全球TOP500排行榜的入门门槛。

超级计算机一直是各国关键技术装备之一，广泛应用于国防、信息安全、石油勘探、气象预报、生物制药、工程仿真、科学计算、商业计算等领域，是各国战略竞争的制高点。当前，全球各国都投入了巨大的人力物力进行研究。

第28次全球TOP500超级计算机系统排行榜地域分布，我们可看到，全球最快性能TOP500超级计算机大部分在美洲，欧洲和亚洲最快 TOP500超级计算机之和也不敌美国。近年欧洲超级计算机比例有所下降，美洲则有所增长。欧洲和亚洲已势均力敌，其占有量英国和德国占有优势。在亚洲超级计算机占有量日本占优势，中国和印度正在奋力直追，但与美日相比，仍有较大差距。
　　
各国的千万亿次之路
　　
当前全球共有四个国家发布了千万亿次超级计算机系统研发计划。

1．美国

DARPA HPCS（美国国防部预先研究计局，High Productivity Computing Systems program）项目目标就是开发高生产率千万亿次超级计算机系统，当前该项目已从大规模研究阶段转向最后阶段--2010年前完成两台千万亿次高生产率超级计算机系统的研制和开发。IBM PERCS系统和Cray的"适应性超级计算"(Adaptive Supercomputing) Cascade 系统分别获得2.5亿美元和2.44亿美元资助，用以研制并产品化可扩展至４Pflops的超级计算机。该项目千万亿次超级计算机系统每秒千兆位 (GUPS)更新（系统对存储器的随机更新速度）将达到8000-64000GUPS，将是当前GUPS最高记录保持者--IBM蓝色基因(IBM Blue Gene/L)的200～1800倍。

IBM PERCS系统基于Power7微处理器、AIX操作系统、通用并行文件系统(GPFS)、IBM并行计算环境及互联和存储子系统进行开发。在该系统中IBM同时计划开发高效用软件和开发工具，以提高开发人员的生产率。

Cray Cascade 系统本质上是一个能在单系统中提供包括标量、FPGA和混合矢量/超级多线程(MMT)处理器板卡的机箱内集群(cluster-in-a-box)。在该系统中，Cray将设计一款基于其XD1系统的FPGA加速板卡。Cascade系统将开发编译器软件以处理多种涉及标量、矢量或MMT应用的混合任务。在未来四年中，Cray将基于Cascade系统研发商品化的千万亿次超级计算机，如为美国国家橡树岭实验室 (ＯＲＮＬ)开发代号为"Baker"的超级计算机系统。"Baker"超级计算机预计采用四路双核AMD Opteron处理器（24000个处理器），基于Cray专用SeaStar 3D互连网络实现和AMD HyperTransport总线互联。

2006年９月，IBM发布了代号为"RoadRunner"的千万亿次超级计算机研发计划，这台代号为"Roadrunner"的千万亿次超级计算机计划于2008年部署在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL），采用基于AMD Opteron的"IBM System x3755服务器"与基于Cell BE的"IBM BladeCenter H 系统"来构造，以实现1.6Pflops以上的峰值性能。全系统预期采用16000颗AMD Opteron CPU 和16000颗八核Cell 处理器芯片，同时Roadrunner还将采用先进的"混合编程（Hybrid Programming）"软件，以实现异构计算。在超级计算机研发方面，IBM的目标是2010年开发出峰值性能达到1Pflops的"蓝色基因／P" 系统，2010～2012开发出峰值性能达到10Pflops的"蓝色基因／Q"系统。

美国能源部（DOE）和国家科学基金会（NSF）也都推出了各自的Petaflops系统研制计划，NSF的目标是在2010年左右实现持续性能达到Pflops规模的系统。

2．日本

当前日本共有五个千万亿次超级计算机研制计划: MDGRAPE-3计划，2006年6月完成；GRAPE-DR 计划，2004年到2008年；Next-Generation Supercomputer Project 计划，2006年到2012年完成；富士通公司（Fujitsu）３Petaflops超级计算机系统研制计划，2005到２011年完成；地球模拟器的升级计划。

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