挑戰(zhàn)傳統(tǒng)主流技術(shù)路線，期望“效率增10倍、能耗降10倍”
鯰魚行動 研發(fā)綠色超算
如果把超級計算機研發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域比作一個“養(yǎng)魚池”，那么現(xiàn)在，它將跳進一條“鯰魚”——“新型計算結(jié)構(gòu)與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”前天在上海成立。這個由“非主流”企業(yè)牽頭組建的產(chǎn)學研共同體，將以全新的設(shè)計思路和體系框架，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)主流技術(shù)路線，研發(fā)綠色、高效能的超級計算機。
中國工程院院士、國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主任鄔江興表示，當高性能計算步入“千萬億次時代”，只有突破傳統(tǒng)的計算機技術(shù)，超級計算機才有望繼續(xù)升級。
目前，在國家863計劃和上海市科委共同支持下，一項名為“鯰魚行動”的高性能計算技術(shù)突破正在進行。按照行動時間表，“聯(lián)盟”有望在明年拿出第一臺融入“綠色計算”新概念的原型樣機。與現(xiàn)在的超級計算機相比，這個“顛覆性創(chuàng)新”的產(chǎn)物給自己設(shè)定了“效率增10倍、能耗降10倍”的雙十目標。
“神算子”大材小用
上海超級計算中心的機房里，百萬億次超級計算機“魔方”正為來自全國的100多項科研課題同時“動腦筋”。相比大批還在排隊等候的項目，這些課題能分享“魔方”2萬多個CPU的資源，無疑是幸福的?？稍诔売嬎銠C的研制者心中，這種多個課題“拼機”計算的應(yīng)用模式是“不得已而為之”。
“現(xiàn)在的超級計算機采用并行計算構(gòu)架，而用戶求解的課題往往按串行思維設(shè)計，很難拆分成多個并行計算的題目。”鄔江興告訴記者，由于超算與用戶的“思維方式”存在差異，在實際應(yīng)用中，更多地是將一臺超算“拆分”給多個用戶同時使用，可謂“大材小用”；而真正需要超級運算的超復雜課題，又很難找到適合它的超級計算機。
其實，無論是“百萬億次”還是“千萬億次”，所表示的都是超級計算機的峰值運算能力。也就是說，只有在所有CPU滿負荷運轉(zhuǎn)的情況下，超算的“大腦”才轉(zhuǎn)得那么快。單項課題所占用的僅僅是“神算子”的一小部分運算資源，實際解題速度只有峰值運算能力的5%-10%。
向奧數(shù)高手學絕招
同做一道奧數(shù)題，高中生和菲爾茲獎（國際數(shù)學界最高獎項）得主誰更快？結(jié)果是，菲爾茲獎得主花了半小時算了滿滿一黑板，奧數(shù)高手僅用15秒。因為奧數(shù)高手的答案根本不是算出來的，而是從儲存于大腦的題庫中“比對”出了結(jié)果。
鄔江興說，數(shù)學大師的解題方法與現(xiàn)在的超級計算機非常相似——無論計算任務(wù)多么復雜，都要按部就班地將任務(wù)分解成最最簡單的四則運算，歷經(jīng)無數(shù)次加減乘除（最后都轉(zhuǎn)換成加法），最終算出結(jié)果。
凡事從頭算起不僅影響速度，而且能耗驚人。據(jù)介紹，位列全球前10名的高性能計算機功耗均在數(shù)兆瓦以上，相當于一個中小城市一年的用電量。
奧數(shù)高手的解題方法給了“鯰魚行動”成員另辟蹊徑的啟發(fā)：若能從大量的重復計算中總結(jié)出若干算例，并“寫入”提前預制的模塊，插進超算的“大肚腩”，那么當新題目出現(xiàn)時，計算機只需“搜腸刮肚”找出與之匹配的一個個算例，不必總是辛苦地從“一二三”算起。
“未來的超級計算機內(nèi)部，像是一個大超市，放滿了成品、半成品，現(xiàn)場可編程技術(shù)可將這些‘預制品’隨機組合，根據(jù)用戶需要隨時‘變形’。”鄔江興說，在“鯰魚行動”激勵下，國內(nèi)高性能計算領(lǐng)域主流的“家魚”和非主流的“鯰魚”都已行動起來，越來越多的研究力量將投入這場新的計算機革命。
本報首席記者 任荃
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