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商业周刊:日美超级计算机之争何时将落幕
世界科技报道 ( 日期:2004-06-03 15:33)

  来源:赛迪网  
【ICXO.com编者按】一项由日本政府资助的超级计算机取得了丰硕的成果,彻底浇灭了美国人在超级计算机领域嚣张的气焰。

    将会在6月7日商业周刊发表的文章指出:超级计算机的竞争还在继续,作为一种高科技产品,超级计算机对于高水平的科学研究具有非凡的意义,在这个领域一直以来都是美国占有绝对的优势,但是随着日本经济以及科技水平的逐渐强大,以及美国政府对于超级计算理解上的偏差,龙头老大的宝座渐渐的只能够拱手让给日本。不过现在美国政府和业界已经认识到了超级计算机在商用以及日常科技中的重要作用,并且多项超级计算机研发计划已经被写上了日程表。是否美国能够重整旗鼓,从日本手中夺回属于自己的王者地位,让我们拭目以待。

  仅仅在两年之前,东京就让华盛顿认识到了自己的厉害。一项由日本政府资助的超级计算机取得了丰硕的成果,彻底浇灭了美国人在超级计算机领域嚣张的气焰。实际上这台代号为地球模拟器(Earth Simulator)的日本超级计算机的数字运算速度甚至比美国最顶尖的20种超级计算机的总和还要强劲。


  几年以来,美国一致致力于超级计算机研发的专家们深刻的认识到了美国政府投向高性能计算机的目光似乎有些过于狭窄,大部分的时间和精力都被投入到了Pentagon的核弹项目中,这无疑就会产生一些畸形发展的后果。首先不得不承认美国在软件方面的的确确走在整个世界的最前沿,但是科学家的研究表明,美国超级计算机的发展因为对于市民以及普通工业的漠视而不能得以自由的发展。而日本NEC生产的超级计算机地球模拟器(Earth Simulator)却被证明在这个方面拥有不俗的表现。


  “我被震惊了。”能源部科技办公室的莱蒙多。奥巴赫如是说,这个机构主要进行对于科学研究的投资。让这些美国专家瞠目结舌的并不是日本超级计算机地球模拟器(Earth Simulator)的理论速度,因为这些枯燥的数据早在1997年就已经公之于众了。真正专家感到不可思议的是这台怪兽在运行天气走势模拟以及核能发电模型模拟时候所表现出来的令人咋舌的超高效率。


  就在5月12日,美国能源部长亚伯拉罕正式宣布了一项新计划。肯塔基Oak Ridge的美国国家实验室将开始着手研发一种新的超级计算机中心,目标对准日常科技以及机械工程。系统主要有两台或者三台出自 Cray 之手的怪兽计算机组成,根据计划即使是骄傲的地球模拟器(Earth Simulator)在面对这套未来的超级计算机系统的时候也要低下高昂的头颅。日本的超级计算机系统理论上每一秒钟可以进行惊人的41万亿次运算。在超级计算机术语中,这被誉为41“钛浮点”,钛表示万亿,而浮点则表示美妙中浮点运算。


  Oak Ridge的计算机部门领导托马斯。扎克丽亚表示 Cray的超级电脑在今年年底将会达到每秒钟40万亿次浮点操作,而到了2006年的初期,这个数字将会得到惊人的飞跃,达到100万亿次浮点操作,不过这还不算完,到了2007年底这个数字将会得到再一次的提升最终达到350万亿次浮点操作。他表示这次的计划将会是“为我们提供一项有力的工具,以保持在竞争中处于绝对的有利地位。”而且与日本地球模拟器(Earth Simulator)所不同的是,远程用户通过告诉的网络接入也可以享受美国超级计算机带来的便利。“航空,汽车以及生物工业已经对这项计划表现出了浓厚的兴趣。”他补充道。


  对于那些计算行星寿命以及银河系起源的科学家来说这次的超级计算机新计划不亚于天籁之音,但是真正受益的还是那些人们习以为常的普通行业,比如金融,保险,以及半导体和通讯。毕竟世界定级的500台超级电脑中的一半以上都被应用在了日常的公司上。


  虽然现在的商务领域的超级电脑在对付那些科技领域的大规模问题还表现的束手无策,这种软弱在对于天气预测方面表现的尤其突出,但是在关于产品开发以及将开发出来的产品推向市场的过程中,这些电脑发挥的作用却不能够被小视。 Procter & Gamble公司甚至开始利用超级电脑莱进行婴儿产品中超高吸收能力裁制的研发。洞察到了这块市场的潜在实力,IBM以及其他IT业界巨头已经开始着手进行基于超级电脑的软件工具开发。


  面对来自于日本方面的威胁,珊姆大叔必须要振作精神重新夺回自己的王位。日本超级计算机地球模拟器的作用“已经渗透到了每一个方面。”地球模拟器中心领导如是说。这个中心最近开始与日本汽车制造商通力合作,利用超级计算机的卓越性能来进行新型发动机的开发以及撞击模拟测试。其实早在地球模拟器面世之前,许多日本的汽车巨头就以经开始购买NEC的小型超级计算机进行相关的工作了,并且取得了良好的效果,这一现象直到现在才在美国市场上出现。举个例子日本生产的汽车普遍来说都要明显的比美国制造的汽车产品要更为安静,这主要得意于以下这个原因:日本的汽车制造商通过超级计算机进行了空气动力学的模拟,将自己的汽车设计最优化,这样通过对于汽车外形的微小改变减少了不必要的噪音源,从而为驾驶者营造了一个安静的行车环境。

令美国人感到紧张的是,日本的地球模拟器并不是唯一的威胁。在生物计算方面(主要应用相关软件解决从医疗诊断到药物恢复的相关问题。)美国遇到了前所未有的挑战。在2001年日本名为Riken的医疗屋里研究机构为了诸如蛋白质功能模拟等一直以来让科学家费劲脑筋的棘手问题而建立了一套特殊目的的超级电脑系统。这套超级电脑名叫“原子动力机械”(Molecular Dynamics Machine),其理论运算速度达到了每秒78万亿次浮点运算,要知道这个数字是地球模拟器的两倍之多。


  但是为什么Riken的超级计算机并没有在2001年就为华盛顿敲响警钟?主要的原因就是为了特殊目的所设计的超级电脑并没有受到分析家的高度重视--与常规用途的机器比起来,它们应用的范围比较狭窄。但是随着技术的发展,分析家们应该重新审视这些特殊目的的超级电脑了。根据日本方面透露的数据,到2006年的早期,Riken将会挑起一轮新的超级计算机速度大战。根据预计其运算速度将会达到惊人的1000万亿次浮点运算,甚至1亿亿次!而且虽然其主要的用途还是锁定在对于蛋白质复杂结构的分析上,但是Riken生物计算小组的领导坚信,这种非凡的速度将会为纳米技术点亮前程:在原子阶层进行材料设计。根据美国国家能源科研机构电脑中心的领导西蒙所提供的数据,加州的研究人员因为超级计算机的加盟整体工作能力提高了10到100倍。


  目前世界上存在两种对于超级计算机的设计方法。NEC的超级电脑使用的是一种名为“矢量建筑”(vector architecture)的技术,这意味着他们进行硅芯片的设计研发。这种芯片主要被用在科研以及机械领域的需要大规模计算的工作中。与之形成对照的是美国超级电脑使用的不是特殊制定的微型处理器,他们的超级电脑安装有一颗朴实的芯,个人电脑以及游戏机中常见的芯片成为了美国超级电脑的核心部件。直到日本地球模拟器面世以来,美国政府一直对于这种低成本的方法表现得十分满意。因为这种芯片数以量产型(off-the-shelf,COTS),所以在成本上要大大低于日本NEC的特制芯片。在需要更高速度芯片产品的时候,美国那些芯片制造巨头们就可以发挥人多力量大的优势,比如IBM,惠普以及戴尔等等公司可以加大生产规模,在达到速度的基础上尽可能的降低生产成本--这种方法被誉为“量产”。


  但是量产型的普通芯片超级计算机的峰值速度并不像理想数据中那样让人满意。当运行一些复杂软件,比如处理一些棘手的物理,化学,以及模拟汽车碰撞试验的时候,如果工作很长的一段时间,量产型的超级电脑只能构达到它们理论峰值速度的10%还不到,而日本NEC的产品就要明显强劲许多,往往能够达到30%到60%。


  这种动态的表现差异被称为“持久表现”,这也揭示了一个现象--即日本的地球模拟器的速度并不仅仅是美国先进超级电脑的两倍那么简单了,在动态表现上这个差距又被拉大了几倍之多。美国惠普公司的国家实验室的超级电脑产品的峰值速度仅仅为20.5亿万次浮点运算,差不多是地球模拟器的二分之一,如果把动态表现考虑进去的话,这个速度的差异还会加大。实际上如果考虑真正的工作效率,日本的超级电脑在测试中的表现是美国电脑的6到20倍。


  在许多商务问题以及应对核武器等等领域的工作时,量产型电脑的表现完全可以用完美来形容。但是在最尖端的科研领域,矢量软件代码的引入让性能上的差异在实际工作中显得非常明显。而任务完成所需要的时间长短决定了重大突破以及科技创新是否能够顺利进行。


  要知道在科研领域对于新项目的引入并且最终取得成果往往要花费几天几个月甚至今年的时间--这还不包括分析结果以及重新修正软件所耗费的时间。在90年代之前,科学家试图研究蛋白质的功效,而工具就是当时的超级电脑,他们足足花费了一年的时间来等待最终的电脑分析结果。如果要是换成90年代末期每秒钟可以运算亿万次以上的超级电脑,科学家们的等待时间完全可以缩短到一两天之内。


  而换成Riken的78亿万次浮点运算超级电脑,这个时间就会变成仅仅3到4个小时。如果Riken接下来的亿亿次浮点运算电脑计划顺利实施,那么仅仅三分钟的时间就能完成过去足足要花费1年工作。不可否认的是,一个建立一个新的蛋白质模型仅仅需要1两分钟的科学家所取得的成就要远远超过那些连找到一种新型药剂都需要一两天的科学家要大,所以超级电脑作为科学家手中的有力武器必然会受到政府以及科研机构的重视。


  未完待续……

 

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