把超级计算机带回家

张　欣

10¹⁸

未来10年间，每秒钟可运算100亿亿次(10的18次方)的超级计算机就将出现。

这是什么概念?中国科学院计算技术研究所总工程师徐志伟解释说，把超级计算机的发展史稍作梳理，或许更能明白这个数字意味着什么。

1987年，第一台大规模并行处理超级计算机CM-1公布，标志着超级计算机进入了“十亿次时代”；

当时的《时代》杂志打了这样一个比喻：“传统计算机之于CM—1，就像自行车之于喷气式超音速飞机。”

1996年，美国英特尔公司为美国能源部开发出当时世界上速度最快的超级计算机，每秒可运算14万亿次。笔算需要25万年、个人计算机需要运行2天才能完成的运算，这台首次突破每秒万亿次大关的超级计算机可以在15秒内解决。

2008年11月，落户在美国墨西哥州的IBM的“走鹃”成为世界最快的超级计算机，每秒运算速度高达1026万亿次。美国能源部下属国家核安全管理局局长托马斯曾打比方说，“走鹃”一天的计算量，相当于地球上60亿人每天24小时不间断用计算器算46年。

但“走鹃”的“老大”地位很快被撼动。

2009年2月4日，IBM宣布已研制出一部更快速的超级计算机，运算能力相当于200万部手提电脑，每秒可进行2万万亿次运算。IBM估计，这台超级计算机每小时可执行的计算量，需要地球上67亿人每人手拿计算器不间断计算320年才能完成。

这个红杉系统，将于2011年交付美国能源部，进行复杂的核武器研究仿真试验。

从1987年到1996年，十亿次到万亿次，1996年到2008年，万亿次到千万亿次——计算速度以每十年1000倍加速，那么再过10年到2019年，每秒钟进行100亿亿次计算似乎是顺理成章。

中国10-s的超级计算机诞生，进入倒计时。

打破“摩尔定律”

“10¹⁸俱乐部”中，中国不甘落后。

《中国至2050年科技发展路线图》将“艾级(10¹⁸)超级计算技术”作为影响中国国际竞争力的6个战略性科技问题之一。

徐志伟告诉本刊记者，中国的超级计算机研制工作，始于1979年。

1984年建国35周年，中国自行研制的首台亿次巨型计算机“银河-I”出现在国庆阅兵科技方阵中，和“一箭三星”、通信卫星一起，向世界展示中国在高新技术领域的成果。中国成为继美日之后第三个跻身“亿次巨型机俱乐部”的国家。

2000年，运算速度比“银河-I”提升3000倍的“神威-I”诞生。这是我国首台千亿次巨型机，位居当时国际最快计算机排行榜第48位。

此后，我国自主研发的超级计算机的全球排名迅速提升，2004年和2008年两度进入前十，而创造这一纪录的分别是曙光4000A和“魔方”。

“魔方”也叫曙光5000，是目前国内运算速度最快的百万亿次高性能计算机。它一天完成的工作量，相当于全国所有人每天24小时手持计算机不停地计算46年。

按照IT行业内“铁律”摩尔定律的说法：计算机处理器的性能大约每隔两年实现翻番。而超级计算机新陈代谢的速度快过摩尔定律，它们的计算性能只需十三四个月就提升一倍。

“自1970年至今的30年间，我国超级计算机的性能提升达200万倍，更是大幅领先于摩尔定律。”徐志伟说，到2010年底前，中国首台使用自主芯片的千万亿次高性能计算机“曙光6000”将呼之欲出。

“向‘红杉系统看齐，追赶10¹⁸，中国正在加速进展。”

老百姓也来玩转“魔方”

CM-1诞生时，就有人预测：这些很快就能以光速进行计算的神奇机器，除了不能像超人那样纵身跃过高耸入云的摩天大楼外，几乎能模拟一切不可思议的事情，比如两个星球或两个原子之间的碰撞。

“事实的确如此。”徐志伟告诉本刊记者，超级计算机最早应用于军事领域，主要涉及核武器、导弹和空间技术。超级计算机可以用来模拟核武器和导弹的爆炸，减少实地爆炸实验的次数，大大节省成本和加快研发速度。

随着超级计算机成本的降低，在涉及国防建设和国家安全、经济建设、重大工程和基础科学研究的众多的领域，计算模拟已逐渐替代传统的实验测试成为产品设计和创新的主要手段，能极大的缩短研发周期，节约研发成本，如汽车碰撞过程的仿真模拟、大型隧道工程的抗震安全评估等。

根据美国科学研究院工程技术委员会的测算，通过采用大规模高性能计算技术，波音公司将777飞机的研制周期从8年缩短到5年，工程返工量减少了50％；日本丰田汽车公司在研制2002年嘉美新车型时缩短了研发周期10个月，减少了试验样车数量65％。

超级计算机的应用还逐渐扩展到大范围气象预报、石油地质勘探和新药研制等领域，甚至还有一些“平民化应用”。

曙光超级计算机已经在互联网服务、网游、教育、金融等20多个行业使用。

拥有167万亿次浮点处理能力的IBM全球网格大同盟(World Community Grid)正利用近100万台个人PC“贡献”出的空闲处理能力，进行“为世界提供高营养稻米”的项目，原来需要200年才能完成的对3万到6万种不同的稻米蛋白质结构进行的研究，可以缩短到2年以内，这一项目最终可能帮助世界各地的农民种植更好的作物，并使人类部分解决饥荒问题。

联想“深腾6800”超级计算机，可以清晰地描绘出SARS病毒在几纳秒内的运动轨迹。未来它将成为基因与蛋白分析和SARS病毒分析领域的重要工具。

2004年，宝沽旗下的薯片品牌“Pringles(品客)”，为了寻找防止薯片从装配线上滑落的方法，曾动用超级计算机进行实验。

游戏网站“第九城市”利用超级计算机来运作它的一款热门游戏“魔兽世界”。2008年4月，这款游戏的同时在线人数突破了1130万。

英国威廉姆斯车队曾购买了一台8万亿次的联想“深腾1800”超级计算机用于其赛车的研制。

还有一些企业利用超级计算机从事汽车外形设计、发动机、减震器、变速箱等重要组件的开发和试验。

“未来就连婴儿‘嘘嘘，没准也能和超级计算机扯上干系——要想宝宝舒服、妈妈安心，开发尿不湿时就有必要多考虑些流体力学问题，而借助超级计算机模拟仿真‘嘘嘘和尿片的关系，对企业来说是一条新产品开发的捷径。”

中国科学院院士、中国科学技术大学教授陈国良预测：“随着成本的降低和技术进步，个人高性能计算机将有望将成本控制在1万元以下，成为一种进入家庭、普及型的高性能计算机。”

每秒运算1万次以上的个人高性能计算机将“飞人寻常百姓家”?

徐志伟预言：“用不了多久，超级计算机将不再是高高在上的计算机贵族。运算速度高达百亿次甚至更高的超级计算机老百姓都可能一手‘玩转。”