美國超級計算機捲土重來
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2012年11月，每半年發布一次的全球超級計算機500強排行榜，將其榜首位置給予了美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的一台計算機。這台計算機有個恰如其分的名字——「泰坦」，其擁有每秒超過2.7億億次浮點運算的峰值性能。它是政府、企業和學術界研究人員的一項巨大的計算資源，在超級計算機領域處於領先地位，提升了美國高性能計算社區的自豪感。
但這種自豪感很短暫。僅7個月後，「泰坦」就把超級計算機的榜首位置輸給了中國的「天河二號」超級計算機。而3年之後，又一台中國超級計算機「神威?太湖之光」奪得了世界上最強大的計算機的稱號，其峰值性能為每秒12.5億億次浮點運算。在此之後，「泰坦」就顯得沒那麼強大了。
中國的研究人員利用「神威?太湖之光」開展了大氣動力學建模的研究工作，並因此獲得了2016年戈登貝爾獎。全球超級計算機500強排行榜的創始人之一、田納西大學的傑克?唐加拉（JackDongarra）說：「這表明它不只是一台賣弄噱頭的大機器。」
你可能疑惑為什麼在過去的5年中，美國似乎已經放棄了重回榜首的念頭。事實上，他們並沒有放棄。 2014年，美國的工程師們起草了一份新一代超級計算機的提案。提案中的第一個成果將在今年底面世，是一台名為「尖峰」（Summit）的超級計算機，也是橡樹嶺國家實驗室「泰坦」的繼任者。幾個月後投入運行時，這台新計算機的峰值性能將達到每秒20億億次浮點運算，成為全球最強大的超級計算機。
但這並不確定。
在橡樹嶺國家實驗室領導計算機設施項目的總監亞瑟?布蘭德（ArthurBland）說：「在美國，我們對計算機的態度非常開放。」他相信「尖峰」將按計劃完成建造，並將成為美國最強大的超級計算機。但與此同時，中國或其他國家可能會推出一台新的超級計算機，或升級現有的超級計算機，性能再次超過「尖峰」。這真的會發生嗎？「我們現在還不知道。」布蘭德說。
他和他在橡樹嶺國家實驗室的同事們並未因這個問題而輾轉難眠，因為為了讓「尖峰」取代「泰坦」，還有一大堆工作擺在他們面前，等待完成。這次，他們並沒有採用「泰坦」的建造模式。「泰坦」是橡樹嶺國家實驗室在早期另一台計算機「美洲虎」（Jaguar）的基礎上，經過一系列精心的升級工作打造出來的成果。
「美洲虎」於2005年組裝完成，那時計算機硬體往往很快就會過時（在那個時代任何購買過個人計算機的人都可以證明這一點）。「我們每年都會進行升級。」布蘭德回憶道。「美洲虎」在2009年成為世界上最強大的超級計算機，而2011年的一次重要升級工作，更是讓「美洲虎」重生，在2012年成為了「泰坦」。
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為什麼只是升級機器的內部硬體，而不是建造一台全新的超級計算機呢？布蘭德說：「我們認為可升級性是個合理的目標。」然而，這並不適用於現在的情況，因為「泰坦」用的是Cray計算機設備公司的硬體。「現在我們要從IBM購買一台機器，所以循環使用就不再可行，也並不合理。」因此「泰坦」現在還會繼續運行，但當這台最新超級計算機投入使用約1年之後，「泰坦」就會關閉。
全新的超級計算機將給橡樹嶺國家實驗室帶來一項優勢，那就是能效顯著提高。「尖峰」將以「泰坦」5～10倍的速度，為研究人員們進行模擬運算，而能耗僅為「泰坦」的2倍，一般能耗大約為15兆瓦。令人欣慰的是，田納西流域管理局豐沛的電網將供應這些電力。布蘭德指出，有人可能會覺得給現代超級計算機供電更具挑戰性。他開玩笑說：「你可以去當地的電力公司問問，在哪裡可以接入我這台功耗15兆瓦的電腦？看看他們會怎麼回復你。」
雖然「尖峰」將會具有最強的計算能力，但它並不是2018年美國唯一上線的此級別超級計算機。一台名為「塞拉」（Sierra）的超級計算機，將在加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室組裝完成，預計其峰值性能將超過每秒12億億次浮點運算。阿貢國家實驗室也計劃在2018年開始運行一台新的超級計算機，並提供高達每秒18億億次浮點運算的峰值性能。但是由伊利諾伊州實驗室製造的超級計算機「歐若拉」（Aurora），其建造計劃已經被推遲到2021年，以期能擴展其計算能力，成為美國第一台「百億億」級超級計算機。
這些龐大的數字指的是峰值計算性能，但實際應用只利用了潛在性能中的一小部分。經常被引用的線性系統軟體包（Linpack）基準測試通常只利用超級計算機峰值性能的75%左右，唐加拉說：「我們的小秘密是大多數真正的應用程序只利用了其性能的3%。」
顯然，找到能提高計算機實際性能的妙招，跟實現理論上可達到的峰值數據同樣重要。而橡樹嶺國家實驗室的超級計算機專家也正投入極大精力進行研究。喬治亞理工學院的約瑟夫?歐菲琳（JosephOefelein）將在他的燃燒物理和化學研究中使用「尖峰」，他簡短地指出：「這場競爭不僅僅是看誰能擁有速度最快的計算機。」
作者：David Schneider
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