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新一轮超算竞争:吞金巨兽,走到技术极限?

新一轮超算竞争:吞金巨兽,走到技术极限?

 

富士通独自开发的“富岳”心脏CPU“A64FX”,左边是CPU存储单元,中间是A64FX芯片。

本报记者 陈超摄
 

  今日视点

  日本最新超级计算机被正式命名为“富岳”(曾称为“后京”)。这台由日本理化学研究所和富士通公司联合设计制造的超级计算机,运算速度超过目前日本最快计算机“京”的100—120倍,在2020年投入运行后,将争取登上世界第一的宝座。

  不过,世界第一的排名随后可能就会被中美新的超级计算机赶超。虽然将要排名的世界第一可能是短暂的,但会给当权者争了面子,给理化学研究所争了地位,给富士通挣了银子,最重要的是给日本国民争来了自信。

  科技日报记者近日就“富岳”超级计算机,以及超级计算机的未来发展等问题采访了富士通公司的宋志毅博士。宋志毅参与了“京”和“富岳”超级计算机的设计和总装,也是“数字退火”量子计算机的研发者之一。

  “富岳”超算 性能超群

  宋志毅介绍,理化学研究所将在8月30日停止供电,分步骤拆卸超级计算机“京”,同时开始组装“富岳”。文部科学省为“富岳”投入了1100亿日元,预计2020年开始运行。

  “富岳”继承和加强了“京”的构架,也继承“京”的程序遗产,以保证高实用性。“京”目前主要应用包括:在天气预报精度上,可以同时处理世界各地的气温、气压和风速,预测天气下一步的变化;首次对汽车空气阻力进行高精度模拟,节省了新车开发费用和时间;在科学研究方面,描绘地球暖化后的未来世界,解释宇宙中物质诞生的机理,探索大灾难发生时最有效的避难方法等。

  而“富岳”系统综合能力超群,其消耗电力性能、计算能力、使用简便性都将是划时代成果。“富岳”的运算能力超出“京”的100—120倍,耗电为30兆瓦—40兆瓦(“京”耗电为12.7兆瓦),并设计为适合深度学习等人工智能领域的广泛应用。

  世界竞争 日益激烈

  超级计算机的国际竞争异常激烈。在资源探查和武器开发领域,是否拥有高速计算技术和能力对安全保障和产业影响巨大。

  1990年代初期,个人计算机正式从16比特进化到32比特。64位精简指令处理器(RISC)出现并应用于商用计算机领域。当时,超级计算机商业大战正处于鼎盛时期,采用专用的矢量型处理器可以同时处理大量运算,美国处于领先地位。

  随后,由通用处理器组成的标量(并行处理)类型出现,超级计算机转移到标量类型。注重矢量型超级计算机的是日本电气股份有限公司(NEC),在每半年评比一次的超级计算机500强排名中,NEC和日本海洋研究开发机构开发的“地球模拟”超级计算机在2002年获得世界第一,这一纪录保持了两年半之久。“地球模拟器”向世界展示了日本的实力。但自2004年被美国IBM夺回第一名之后,日本远离了超级计算机性能排行榜的前几名。由于超级计算机的开发投资庞大,所以被称为吞金兽。

  日本在超级计算机领域的再次辉煌是“京”时代。2011年,理化学研究所和富士通合作设计制造的超级计算机“京”又一次坐上了世界第一的宝座。超级计算机重新被定位为日本国家根本的基础技术。

  近几年来,在超算第一名竞争中出现了中国身影。中国超算连续5年在竞争中排名第一。直到2018年11月,美国能源部所属奥克里奇国家实验室与IBM制造了“顶点”超级计算机,重新夺回了世界第一的位置。“顶点”旨在将“CPU+GPU”处理器组合起来,根据用途分担擅长处理的“异构计算”。

  另一个潮流是英国ARM方式处理器。该处理器也被认为是“后英特尔”。“富岳”的心脏新型64位处理器“A64FX”就采用了ARM方式。

  今年5月,美国公布了新型超级计算机“前沿”的开发计划。“前沿”与“富岳”一样,将应用在人工智能等领域,新一轮的超算竞争或许会在美日之间擦出新的火花。

  接近极限 寻求突破

  宋志毅认为,超级计算机以及支撑超级计算机系统的半导体技术已经接近目前基础科学的终极。世界主要几个国家正在研究远超目前超级计算机运算速度的数字退火计算机以及未来的量子计算机;在半导体领域,目前半导体工艺上做得再精细,极限是1纳米,而现在已做到了3纳米。科学家正在努力寻找非半导体的下一个突破,而突破何时到来尚不可知。

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