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突破千万亿次运算等级

One Thousand Trillion operations per Second

多数人将“flop”一词和兔子耳朵的动作或者他们自己在一天的辛苦工作之后坐在沙发上的动作联系在一起。但按照计算领域的语言来说,FLOPS 是“每秒浮点运算数”的首字母缩写—这是计算能力和速度的一个关键衡量指标。

Computer science reaches historic breakthrough Supercomputer performs 1,000 trillion operations per second

Computer science reaches historic breakthrough Supercomputer performs 1,000 trillion operations per second

每秒百万次浮点运算 (Megaflops)、每秒十亿次浮点运算(gigaflops)、每秒万亿次浮点运算(teraflops)、每秒千万亿次浮点运算(petaflops)

从 20世纪 60年代起,企业在设计“超级计算机”的项目中展开竞争,并且努力追求下一个里程碑。前 20年以每秒百万次浮点运算进行测量,在 1989年达到每秒十亿次浮点运算,然后在 1997达到每秒万亿次浮点运算。到 2008年,每秒千万亿次浮点运算成为企业关注的焦点。当 IBM 的 Roadrunner 机器在 2008年 5月突破每秒千万亿次浮点运算的极限时,国家核安全管理局局长 Thomas P. D’Agostino 这样说:“如果地球上的 60亿人使用手动计算器,每周七天、每天 24小时不间断地进行计算,46年才能完成 Roadrunner 可以在一天内完成的工作。”

突破性设计

Roadrunner 机器是第一个运行两个不同处理架构的超级计算机—结合了 Cell Broadband Engine™ 微处理器和双核 AMD Opteron 芯片。Roadrunner 机器不仅是世界上最强大的超级计算机,它也是能效最高的超级计算机之一。Roadrunner 在 2008年 6月被“Top500 List”评为最快的超级计算机,同一个月,在“Green500 List”中名列第三位。

不仅仅是满满一房间的装置

21辆拖车才将 Roadrunner 机器搬到洛斯阿拉莫斯国家实验室,而发运、装配和测试则用了两个月时间。在装配好以后,Roadrunner 超级计算机最重要的工作是执行复杂的计算,帮助确定美国核武器供应的可靠性,代替 1992年停止的地下核试验。在开始用于这一秘密工作之前,它完成了多个非秘密项目,包括 HIV/AIDS 研究、材料科学和宇宙模型绘制。

IBM 与能源部共同发布 Petaflop 超级计算机

在该视频中,IBM 首席工程师 Don Grice 博士介绍了 Roadrunner 机器。

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Gigaflop 是每秒十亿次浮点运算,Teraflop 是一万亿次,而 Petaflop 是千万亿次。对于高性能计算,FLOPS 尤其重要。

自从 IBM 从 20世纪初开始为企业生产计算机以来,公司的目标始终是帮助客户提高效率,加快速度,并增加业务收入。从打孔卡、磁带到电动打字机—这些产品都是为了提高生产力。

但是,随着现代计算机以及随后的互联网出现,新的事物出现了:数据。从其出现起,数据量和数据源的数量每天、每月、每年都呈指数级增长—而且丝毫没有减缓的迹象。这是一个“大数据”时代。

可喜的是,随着高性能计算的出现,我们现在拥有了能够处理令人震惊的数据量,而处理时间是几年前无法想象的。

长期以来,Petaflop—每秒千万亿次计算—被认为是高性能计算机的下一个重大里程碑,一直是美国、日本、中国和欧盟国家中领先的科研、技术和军事单位努力的目标。在越来越依赖数据驱动的世界中,每个单位都将超级计算领域的杰出成就视为国家经济竞争力的标志。

IBM Roadrunner 超级计算机在 2008年最先达到了这一里程碑—其命名来源于洛斯阿拉莫斯国家实验室所在的新墨西哥州的州鸟。在以1.33亿美元的成本开发成功之后,Roadrunner 主要用于解决机密的军事问题,帮助国家核武器储备持续地正确运行。它还可以模拟武器爆炸最初时的行为。

Roadrunner 机器是第一个“组合”超级计算机,即它包含两个不同类型的处理器架构 — IBM PowerXCell? 8i 芯片,这是最初为视频游戏开发的增强型 Cell Broadband Engine? 芯片—和另一个供应商的 x86 处理器。12,960个 PowerXCell 处理器在计算过程中用作加速器,或者叫涡轮增压器。

Roadrunner 的开发始于 2002年,并在 2006年上线。由于其独特的设计和复杂性,它的研制分为三个阶段。在交付给客户之前,Roadrunner 在位于纽约波基普西的 IBM 实验室进行装配与测试。它包含大量 IBM BladeCenter? 机架和机柜,占据了一个中等规模的仓库的面积。最终,21辆拖车将其运到了洛斯阿拉莫斯。

然而,与最传统的超级计算机形成有趣对比的是,Roadrunner 机器的混合格式耗电量极低(2.35兆瓦特),而且每瓦特可完成 4.37亿次计算。在达到 Petaflop 级别时,这是其最有力的竞争对手所需能耗的一半。

IBM 和其它公司在此之后研制的其它超级计算机都达到了 Petaflop 级别,但 Roadrunner 超级计算机是第一台。

“Roadrunner 不仅在保持美国的核威慑地位方面扮演关键角色,而且它也将有助于解决全球的能源挑战,并且在基础科研领域打开了新的知识窗口。”

Samuel Bodma

美国能源部秘书

“技术:世界上最快的超级计算机证明了千万分之一。”《The Guardian》

2008年 6月 10日

“这相当于四分钟跑完一英里的超级计算能力。”

Jack Dongarra

田纳西大学计算机科学家

“军事超级计算机再创记录。”《纽约时报》

2008年 6月 9日

“我们已经证明了某些怀疑论者的错误。这为我们提供了一个窗口,能够进全新的计算领域。我们可以看到以前从未见过的现象。”

Michael R. Anastasio

物理学家,洛斯阿拉莫斯国家实验室主任

“军事超级计算机再创记录。”《纽约时报》

2008年 6月 9日

“Roadrunner 告诉我们未来十年会发生什么。技术来自消费电子市场,而创新首先在手机和嵌入式电子设备中出现。”

Horst Simon

实验室联合主任,计算机科学,LAWRENCE BERKELEY 国家实验室

“军事超级计算机再创记录。”《纽约时报》

2008年 6月 9日

“它达到了每秒一万亿次运算。我从未想过能够看到一万亿这个数字真的能够实现,但它的确就是事实。”

Devin Coldewey

技术作家

“世界最快的全新超级计算机依靠 AMD 和 Cell Hardware 技术运行。”CrunchGear.com

2008年6月10日

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现在,亿亿级计算的竞赛已经开始—使用光脉冲或纳米级碳管等技术将运算能力提高一千倍,超越当前的芯片和互连组件。

IBM 研究院最近围绕集成硅纳米光子学而发布的产品可能帮助 IBM 在这一竞赛中保持领先。这种新的亿亿级技术将电气和光学设备集成到同一个硅片上,使计算机芯片能够使用光脉冲进行通信—取代电信号—与传统技术相比,能够实现更小、更快且更高功效的芯片。

通过将光设备和功能直接集成到硅片中,使当前的处理能力提高 10倍,目前关于处理能力和速度的规则和局限性都将重写。新一代高性能计算正在诞生,而 IBM 在科学与商业的交集中再次开辟了新的领域。

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