多国竞相研发百亿亿次超级计算机，还需打倒功耗“拦路虎”

科技日报北京12月6日电，目前，有多个团队正朝着研制出百亿亿次（exascale）超级计算机（以下简称超算）的目标挺进，但要实现这一目标，还面临不少挑战。英国《自然》杂志在近日的报道中指出，降低超算的能耗非常重要，为此，科学家需要另辟蹊径，在研制工艺上取得革命性突破。

竞相研发E级超算

美国橡树岭国家实验室正在紧锣密鼓地研制超级计算机“尖峰（Summit）”。美国能源部希望在其2018年问世之日，这台投资2.8亿美元的超级“怪兽”能助美国夺回超算界“扛把子”的头衔。“尖峰”的运算速度被设计为每秒进行20亿亿次浮点运算，比目前世界上运行速度最快的计算机还快60%。

但对于喜欢“得陇望蜀”的计算机科学家来说，“尖峰”是他们的“陇右”，速度为其5倍的百亿亿次超算（也被称为E级超算，被公认是“超算界的下一顶皇冠”）才是他们的“西蜀”，这意味着他们需要把现有最高计算性能提高10倍以上。

目前，全球有多个国家正竞相研发E级超算。中国计划于2020年推出首台E级超算；美国能源部启动了“百亿亿次计算项目（Exascale Computing Project）”，希望于2021年至少交付一台E级超算，其中一台的名字为“极光（Aurora）”。据悉，美国在下一代超算技术方面的研发总投入将达到4.3亿多美元，用美国能源部部长里克·佩里的话说，这些资金就是剑指“下阶段研发百亿亿次系统的全球竞赛”。此外，欧盟预计于2022年—2023年交付首台E级超算；日本发展E级超算的“旗舰2020计划”由日本理化所主导，完成时间也设定在2020年。

超算之所以广受关注，一方面是因为它体现了各国的综合国力和科技创新能力；另一方面也在于它强大的能力。科学家估计，E级超算将在气候科学、可再生能源、基因组学、天体物理学、军事以及人工智能等领域大显身手，帮助他们解决目前无法解决的难题，比如，以更高的空间清晰度模拟全球气候变化、模拟宇宙演化及核试验等。

降低能耗是大挑战

但理想很丰满，现实很骨感，要想研制出E级超算，科学家面临着极大的挑战，功耗过高首当其冲。随着速度和性能要求不断提高，如果按现有设计方法，通过不断增加处理器数量来研制超算，其体型和规模会越来越大，数据在存储器和处理器之间进出所耗费的功率会越来越多。有人甚至预测，超算90%的功率将被用于数据输送。