论文部分内容阅读
2013年6月17日，最新全球超级计算机500强排行榜榜单公布，中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度，成为全球最陕的超级计算机。
这是时隔两年半后，中国再—次问鼎世界超算冠军的宝座。“天河二号”这位新晋冠军，以它远超第二名的性能表明，中国这名2001年还挤不进江湖风云榜的后起之秀，经过十多年磨剑苦练，已经让冈云变幻的超算江湖，真正进入了美、中、日、欧四强并立的时天河二为何用了外国芯？
首先咱得说说：什么是超级计算机？
其实，超级计算机的基本组成与你我手中的个人电脑相比并无太大差异，规格与性能则强大太多。以处理器CPU为例，目前的个人电脑一般是两到四核，而像“天河二号”这样的超级计算机则会集了数以万计的CPU。这就好比双人战斗小组和集团军的区别，前者灵活机动，用于完成各种个性化小任务；后者威武雄壮，用于达成各类关系重大的战略目标。“天河二号”的性能在全世界超级计算机中可以称得上是“一骑绝尘”，它把第二名远远地抛在了后面。排行榜主要编撰人之一、美国田纳西大学教授杰克·唐加拉曾于今年5月对“天河二号”进行了现场考察。他在研究报告中指出，标准测试显示，“天河二号”运算速度比排行榜上的亚军——美国的“泰坦”快了74%。
一骑绝尘的“天河二号”是中国人的骄傲，但这种骄傲里也不乏遗憾：“天河二号”的计算阵列由国际商用CPU构建，服务阵列由中国自主研制的CPU“飞腾1500”构建。国产CPU仅仅占全部CPU的1/8。
当然了，你也可以从另一个角度看成绩，比如说国产CPU已经占全部CPU的1/8。美国劳伦斯·伯克利国家实验室副主任霍斯特·西蒙就是采取的这种视角。他表示，尽管“天河二号”仍主要采用英特尔公司芯片，但中国自主研发的芯片达到4000块左右，显示出中国超级计算机对国外技术的依赖正在减弱。
为什么有了中国芯，天河二还得用外国芯？
根据“天河二号”副总指挥、新闻发言人李楠透露的信息，“天河二号”无法完全使用国产CPU，是出于软件兼容性的需要。
超级计算机有5个核心要素：体系结构、互联技术、操作系统、CPU和应用软件，这5个要素缺一不可。
前3个要素我们都解决得很好：“天河二号”独创的异构多态体系结构很可能再次引领国际潮流，自主研发的高速互联性能是国际商用产品的两倍，国产“麒麟”操作系统具有很高的安全性。
但后两个要素是短板：“飞腾1500”性能比用于“天河一号”的“飞腾1000”提高了18倍，与国际商用CPU相比，虽然已经属于同一代产品，性能尚有差距。不过，目前我国大多数大型应用软件都从国外引进，只能在国际商用CPU上运行。如果全部使用国产CPU打造超级计算机，将只能用于天气预报等我国拥有自主知识产权的应用软件行业。而“天河二号”需要面向各领域用户，只能用国际商用和国产的CPU共同构建系统。
第一名的大旗能扛多久？
风云变幻的世界超级计算机500强排行榜，鲜明地体现着“皇帝轮流做，明年到我家”的自由竞技精神。冠军的宝座常常不等捂热，就被新的竞争对手夺去。“天河二号”的哥哥“天河一号”曾于2010年夺冠，此后不足8个月，就被日本的超级计算机“京”超越。
所以人们不禁要问：对“天河二号”来说，第一名的大旗能扛多久？
大多数专家认为，因为领先第二名太多，“天河二号”的冠军称号应该至少能保持一年，没准儿还能维持到2015年。与第二名（也是前冠军）的美国“泰坦”相比，“天河二号”持续计算速度约是“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比则差不多。
如果把时间拉长一点，我们还可以看到，近十几年来，中国超算事业进展惊人：2001年中国在Top500还榜上无名，而今天中国的超级计算机保有量已达到世界第二。
不过美国仍是超级计算机运用最为广泛的国家，因为超级计算500强中！有超过一半属于美国。日本、欧洲也实力强劲，今后的国际竞争将会非常激烈。
激烈的竞争带来了惊人的进步。过去30年，高性能计算机的性能每10年提高1000倍。如今，一台个人掌上电脑如lpad2的速度，就相当于1985年的超级计算机世界冠军Cray2。超级计算机的发展速度甚至超过了广为人知的摩尔定律。
超级计算机的下一步如何发展？科学家们盯准了百亿亿次级的目标。要达到这个目标，需要突破能耗、编程、资金三大难题。
耗电是核心问题。百亿亿次级计算机能耗惊人，“天河二号”耗电量大概是17兆瓦。在美国，如果一台机器耗电量为1兆瓦，运行一年的成本是100万美元。而“天河二号”这样的超级计算机只要开着，一年就得花掉2000万美元。
另一个挑战是编程问题。一个人修一座房子太慢，如果增加到10个人，修房子的效率也许可以快上10倍。但如果有300万人修这座房子，你要解决的就是他们会不会彼此妨碍的问题了。
超级计算机还太贵。贵的不仅仅是硬件，实际上设备内部还有很多其他东西——软件、运算法则、应用、操作系统、编译器…-一所有这些都需要钱。
事实上，这些问题非一国科学家能够解决。集中全球智慧发展高性能计算是人类长远发展的需要，这一天或许已经不会太远。
超级计算机到底能算啥？
超级计算机最强大的就是它们的超级计算能力。可是超级计算机到底能算啥？
哈勃望远镜看不到亿万年前的太空，计算机能算出来。实验无法预知未来气候，计算机能算出来。超级计算机就像能够预知未来的水晶球，气候变化、星系撞击、药物设计，这一切都可以在计算机上进行模拟。
而如果超级计算机的速度不够快，很多运算就会失去意义，比如天气预报。如果计算机很慢，要想知道明天天气怎样，得算上24个小时。那计算就失去意义了——24小时后你完全可以朝窗外看看，就知道天气怎样了。
从“天河二号”与此前的超级计算机的对比，我们也能看到超级计算机的性能进步对解决实际问题的影响。用于科研：回溯地球气候变迁史，“天河一号”可以模拟2000年前的变化，“天河二号”则可模拟到5000年前甚至更远。用于娱乐：电影《阿凡达》动画渲染制作耗时一年多完成，如果用“天河二号”，仅用1个月就可完成。用于工业：传统手段研发新车要经过上百次碰撞实验、历时两年多才能完成，而利用“天河二号”进行模拟，只需3到5次实车碰撞、两个月即可实现。
有人认为，理性和感性是不兼容的，因此，像超级计算机这样超级理性的机器，应该算不出人类的情绪变化。事实却未必如此。笔者就曾经采访过研究情感机器人的专家，通过建立语音、面部表情数据库并总结其中规律，能适时作出喜怒哀乐等不同反应的情感机器人已经被研制出来。用计算机来识别人类感情的技术有很好的商业前景，目前已用于游戏、医疗、学习、通讯、电话服务中心等领域。
超算是一种能力，这种能力可能用于各个方面。超级计算机能算出爱情吗？只要你能发现爱情的规律、建立数理模型、写出应用软件，它就能给你算出具体结果来。
超级计算机到底能算啥？那要看你能教它算啥。
这是时隔两年半后，中国再—次问鼎世界超算冠军的宝座。“天河二号”这位新晋冠军，以它远超第二名的性能表明，中国这名2001年还挤不进江湖风云榜的后起之秀，经过十多年磨剑苦练，已经让冈云变幻的超算江湖，真正进入了美、中、日、欧四强并立的时天河二为何用了外国芯？
首先咱得说说：什么是超级计算机？
其实，超级计算机的基本组成与你我手中的个人电脑相比并无太大差异，规格与性能则强大太多。以处理器CPU为例，目前的个人电脑一般是两到四核，而像“天河二号”这样的超级计算机则会集了数以万计的CPU。这就好比双人战斗小组和集团军的区别，前者灵活机动，用于完成各种个性化小任务；后者威武雄壮，用于达成各类关系重大的战略目标。“天河二号”的性能在全世界超级计算机中可以称得上是“一骑绝尘”，它把第二名远远地抛在了后面。排行榜主要编撰人之一、美国田纳西大学教授杰克·唐加拉曾于今年5月对“天河二号”进行了现场考察。他在研究报告中指出，标准测试显示，“天河二号”运算速度比排行榜上的亚军——美国的“泰坦”快了74%。
一骑绝尘的“天河二号”是中国人的骄傲，但这种骄傲里也不乏遗憾：“天河二号”的计算阵列由国际商用CPU构建，服务阵列由中国自主研制的CPU“飞腾1500”构建。国产CPU仅仅占全部CPU的1/8。
当然了，你也可以从另一个角度看成绩，比如说国产CPU已经占全部CPU的1/8。美国劳伦斯·伯克利国家实验室副主任霍斯特·西蒙就是采取的这种视角。他表示，尽管“天河二号”仍主要采用英特尔公司芯片，但中国自主研发的芯片达到4000块左右，显示出中国超级计算机对国外技术的依赖正在减弱。
为什么有了中国芯，天河二还得用外国芯？
根据“天河二号”副总指挥、新闻发言人李楠透露的信息，“天河二号”无法完全使用国产CPU，是出于软件兼容性的需要。
超级计算机有5个核心要素：体系结构、互联技术、操作系统、CPU和应用软件，这5个要素缺一不可。
前3个要素我们都解决得很好：“天河二号”独创的异构多态体系结构很可能再次引领国际潮流，自主研发的高速互联性能是国际商用产品的两倍，国产“麒麟”操作系统具有很高的安全性。
但后两个要素是短板：“飞腾1500”性能比用于“天河一号”的“飞腾1000”提高了18倍，与国际商用CPU相比，虽然已经属于同一代产品，性能尚有差距。不过，目前我国大多数大型应用软件都从国外引进，只能在国际商用CPU上运行。如果全部使用国产CPU打造超级计算机，将只能用于天气预报等我国拥有自主知识产权的应用软件行业。而“天河二号”需要面向各领域用户，只能用国际商用和国产的CPU共同构建系统。
第一名的大旗能扛多久？
风云变幻的世界超级计算机500强排行榜，鲜明地体现着“皇帝轮流做，明年到我家”的自由竞技精神。冠军的宝座常常不等捂热，就被新的竞争对手夺去。“天河二号”的哥哥“天河一号”曾于2010年夺冠，此后不足8个月，就被日本的超级计算机“京”超越。
所以人们不禁要问：对“天河二号”来说，第一名的大旗能扛多久？
大多数专家认为，因为领先第二名太多，“天河二号”的冠军称号应该至少能保持一年，没准儿还能维持到2015年。与第二名（也是前冠军）的美国“泰坦”相比，“天河二号”持续计算速度约是“泰坦”的2倍，计算密度是“泰坦”的2.5倍，能效比则差不多。
如果把时间拉长一点，我们还可以看到，近十几年来，中国超算事业进展惊人：2001年中国在Top500还榜上无名，而今天中国的超级计算机保有量已达到世界第二。
不过美国仍是超级计算机运用最为广泛的国家，因为超级计算500强中！有超过一半属于美国。日本、欧洲也实力强劲，今后的国际竞争将会非常激烈。
激烈的竞争带来了惊人的进步。过去30年，高性能计算机的性能每10年提高1000倍。如今，一台个人掌上电脑如lpad2的速度，就相当于1985年的超级计算机世界冠军Cray2。超级计算机的发展速度甚至超过了广为人知的摩尔定律。
超级计算机的下一步如何发展？科学家们盯准了百亿亿次级的目标。要达到这个目标，需要突破能耗、编程、资金三大难题。
耗电是核心问题。百亿亿次级计算机能耗惊人，“天河二号”耗电量大概是17兆瓦。在美国，如果一台机器耗电量为1兆瓦，运行一年的成本是100万美元。而“天河二号”这样的超级计算机只要开着，一年就得花掉2000万美元。
另一个挑战是编程问题。一个人修一座房子太慢，如果增加到10个人，修房子的效率也许可以快上10倍。但如果有300万人修这座房子，你要解决的就是他们会不会彼此妨碍的问题了。
超级计算机还太贵。贵的不仅仅是硬件，实际上设备内部还有很多其他东西——软件、运算法则、应用、操作系统、编译器…-一所有这些都需要钱。
事实上，这些问题非一国科学家能够解决。集中全球智慧发展高性能计算是人类长远发展的需要，这一天或许已经不会太远。
超级计算机到底能算啥？
超级计算机最强大的就是它们的超级计算能力。可是超级计算机到底能算啥？
哈勃望远镜看不到亿万年前的太空，计算机能算出来。实验无法预知未来气候，计算机能算出来。超级计算机就像能够预知未来的水晶球，气候变化、星系撞击、药物设计，这一切都可以在计算机上进行模拟。
而如果超级计算机的速度不够快，很多运算就会失去意义，比如天气预报。如果计算机很慢，要想知道明天天气怎样，得算上24个小时。那计算就失去意义了——24小时后你完全可以朝窗外看看，就知道天气怎样了。
从“天河二号”与此前的超级计算机的对比，我们也能看到超级计算机的性能进步对解决实际问题的影响。用于科研：回溯地球气候变迁史，“天河一号”可以模拟2000年前的变化，“天河二号”则可模拟到5000年前甚至更远。用于娱乐：电影《阿凡达》动画渲染制作耗时一年多完成，如果用“天河二号”，仅用1个月就可完成。用于工业：传统手段研发新车要经过上百次碰撞实验、历时两年多才能完成，而利用“天河二号”进行模拟，只需3到5次实车碰撞、两个月即可实现。
有人认为，理性和感性是不兼容的，因此，像超级计算机这样超级理性的机器，应该算不出人类的情绪变化。事实却未必如此。笔者就曾经采访过研究情感机器人的专家，通过建立语音、面部表情数据库并总结其中规律，能适时作出喜怒哀乐等不同反应的情感机器人已经被研制出来。用计算机来识别人类感情的技术有很好的商业前景，目前已用于游戏、医疗、学习、通讯、电话服务中心等领域。
超算是一种能力，这种能力可能用于各个方面。超级计算机能算出爱情吗？只要你能发现爱情的规律、建立数理模型、写出应用软件，它就能给你算出具体结果来。
超级计算机到底能算啥？那要看你能教它算啥。