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新一轮超算竞争:吞金巨兽,走到技术极限?

科技新闻 2019-09-12 4 科技新闻

富士通自主开发了“富悦”心脏中央处理器“A64FX”,中央处理器存储单元在左边,A64FX芯片在中间。由我们的记者陈超拍摄

日本最新的超级计算机被正式命名为“复叶”(一度被称为“侯景”)。由日本科学化学研究所和富士通公司联合设计制造的超级计算机的计算速度比日本最快的计算机“北京”快100-120倍。当它在2020年投入使用时,它将努力成为世界第一的计算机。

然而,世界第一的排名可能会被中国和美国的新超级计算机超越。尽管世界排名第一的时间可能很短,但它会给那些有权势的人、科学和化学研究所的地位、富士通的钱,最重要的是,给日本人信心。

《科技日报》记者近日采访了富士通公司的宋之乙博士关于“富悦”超级计算机和超级计算机的未来发展。宋之乙参与了“北京”和“富裕”超级计算机的设计和组装,也是“数字退火”量子计算机的开发者之一。

宋之乙表示,科学化学研究所将于8月30日停止供电,逐步拆除超级计算机“北京”,并开始组装“富裕”。文化、教育、科学技术部已投资1100亿日元于“富悦”,预计2020年开始运营。

《傅月》继承和加强了《北京》的框架,也继承了《北京》的程序性遗产,确保了很高的实用性。目前,“北京”的主要应用包括:在天气预报的准确性上,它可以同时处理世界各地的温度、气压和风速,预测下一次天气变化;首次对汽车空气阻力进行了高精度仿真,节约了新车的开发成本和时间。在科学研究方面,它描述了全球变暖后的未来世界,解释了宇宙中物质诞生的机制,并探索了发生重大灾难时最有效的避难方法。

“富岳”系统综合性能优越,其功耗性能、计算能力和易用性将是划时代的成就。傅月的计算能力是北京的100-120倍,耗电量是30-40兆瓦(北京的耗电量是12.7兆瓦)。它被设计成适用于人工智能领域的广泛应用,如深度学习。

超级计算机的国际竞争极其激烈。在资源勘探和武器开发领域,一个人是否拥有高速计算技术和能力对安全和工业有很大影响。

20世纪90年代初,个人电脑正式从16位发展到32位。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,超级计算机商战正处于全盛时期,美国通过使用专用矢量处理器同时处理大量运算处于领先地位。

随后,出现了由通用处理器组成的标量(并行处理)类型,超级计算机转移到标量类型。专注于向量超级计算机的是日本电气有限公司(NEC)。在半年一度的500强超级计算机排名中,日本国家电气公司(NEC)和日本海洋研究开发署(Marine Research and Development Agency)开发的“地球模拟”超级计算机在2002年获得了世界第一名,创下了两年半的纪录。“地球模拟器”展示了世界日本的实力。然而,自2004年被国际商用机器公司重新夺回第一名以来,日本已经脱离了几个超级计算机性能排名的前列。由于在超级计算机开发上的巨大投资,它们被称为金兽。

日本超级计算机的复兴是“北京”时代。2011年,由科学与化学研究所和富士通合作设计制造的超级计算机“京”再次位居世界首位。超级计算机正被重新定位为日本的基础技术。

近年来,中国已经出现在争夺最高职位的竞争中。中国连续五年蝉联冠军。直到2018年11月,隶属于美国能源部的橡树岭国家实验室(Oakridge National Laboratory)和IBM共同建造了“顶点”超级计算机,重新获得了世界第一的位置。“顶点”旨在将“中央处理器+图形处理器”结合起来,共享擅长按用途处理的“异构计算”。

另一个趋势是英国的ARM处理器。处理器也被认为是“后英特尔时代”“富悦”心脏新的64位处理器“A64FX”采用ARM模式。

今年5月,美国宣布了一项新超级计算机“前沿”发展计划。“前沿”和“富裕”将应用于人工智能等领域,新一轮超级计算竞赛可能会在美国和日本之间点燃新的火花。

宋之乙认为超级计算机和支持超级计算机系统的半导体技术接近基础科学的最终目标。世界上几个主要国家正在研究数字退火计算机和未来的量子计算机,它们比目前的超级计算机快得多。在半导体领域,目前的半导体技术已经细化到1纳米的极限,现在已经达到3纳米。科学家们正在努力寻找非半导体领域的下一个突破,但何时突破仍不得而知。

宋之乙说,日本的超级计算机计划更像是一步一步来。也许一项新技术会在任何时候出现,但是太长的规划赶不上形势的变化。超级计算机是一种吞噬黄金的野兽。超级计算机的发展需要巨额资金。就日本而言,就技术和设备而言,科学和化学研究所不能制造一台完整的机器,只有通过企业合作才能发展。富士通没有财政资源,必须依靠日本的国家预算。只有日立拥有财政资源,但它已经退出超级计算领域,并希望重新获得资金,除非政府给予财政支持。此外,由于需求疲软,据说“北京”经常处于“食物不足”的状态。

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