美国橡树岭国家实验室
北京时间10月30日消息，一种新型的全球“军备竞赛”正在拉开帷幕，而这一次的竞赛是以千万亿次（petaflop）为计算单位的。
美国能源部的超计算机“泰坦”（Titan）周一正式上线，该部对这台计算机进行了升级，很可能将使其成为这个星球上速度最快的超级计算机。“泰坦”拥有每秒钟20千万亿次的计算能力，比美国能源部的另一台超级计算机“红杉”（Sequoia）高出4千万亿次，后者自今年6月份以来一直都在全球超级计算机排行榜中占据首位。正式的全球速度最快超级计算机“500强”名单将在下个月公布。
在过去三年时间里，美国在计算世界中的“领地”一直都在被日本、中国和德国瓜分，但现在美国正在重新抢回龙头位置。这不只是一种“荣誉勋章”，同时对于国家安全和美国的经济生存能力来说也是至关重要的。泰坦将可帮助美国科学家在气候变化、生物燃料、核能、新材料及其他关键领域中占据研究先驱地位，这将有助于他们创造新一波的汽车电池、柳枝稷乙醇和改进后的天气预测工具等产品。
在美国能源部下属的橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）中，由全球超级计算机领军企业Cray公司所生产的“泰坦”已经进行了一次重大的升级，这台超级计算机原名为“美洲虎”（Jaguar）。
与“美洲虎”相比，“泰坦”用AMD生产的299008个速度更快的中央处理器（CPU）取代了前者的224256个中央处理器，此外还配备了由Nvidia生产的18688个图形处理器来作为中央处理器的加速器，这就是为何“泰坦”配备的中央处理器数量仅比“美洲虎”多三分之一，而且计算节点和机柜数量与“美洲虎”相同，但计算能力却相当于前者十倍的原因所在。
更重要的是，“泰坦”的处理器比美国能源部此前使用的超级计算机的节能性要高出五倍。
在最大化运算速度的竞赛中，“功率束缚”（Power constraint）是最大的挑战。“美洲虎”的计算能力仅为每秒钟2.3千万亿次，但其功耗却高达7兆瓦，相当于7000个家庭的用电量。去年，“美洲虎”单是用电量这一项的成本就达到了700万美元。如果“泰坦”与“美洲虎”相比仅仅是增加了中央处理器的数量，而没有配备图形处理器，那么这台每秒钟计算能力达20千万亿次的超级计算机的功耗将会达到60兆瓦，每年单是用电量这项成本就会达到6000万美元，这原本将意味着Cray无法与美国能源部达成生产这台超级计算机的协议。
橡树岭国家实验室称，“泰坦”的电力成本仅比“美洲虎”略高一些。该实验室分管计算与计算科学的实验室副主任杰夫·尼克尔斯（Jeff Nichols）称，“泰坦”的设计是“朝着降低我们‘碳足迹’而采取的负责任的一个步骤”。
“泰坦”所使用的图形处理器并不特殊，实际上这些图形处理器与高端个人电脑中所使用的硬件一般无二，是个人电脑游戏“发烧友”的最爱。这并非游戏第一次帮助超级计算取得了发展——在洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）中，IBM的RoadRunner超级计算机运行的处理器也与索尼PlayStation 3使用的处理器是相同的。
“开发高性能的计算处理器会耗费数十亿美元的资金，而且没办法收回。”Nvidia的首席技术官史蒂夫·斯科特（Steve Scott）说道。“如果没有个人消费者业务作为支持，那么我们是无法做到现在正在做的事情的。”
那么，在开发出拥有新的运算速度和功率的“泰坦”以后，美国能源部计划用这台超级计算机做些什么呢？橡树岭国家实验室的计划是，继续集中致力于目前使用这台超级计算机从事的40个项目，不过每个项目所获得的CPU时间不再以千万为计量单位，而是以亿为单位，这将有助于研究人员加快其取得突破的进程。不过，研究人员想要获得更快的速度只是个时间的问题。到2016年，美国能源部将对“泰坦”进行升级，希望将其后继者的运算速度提高至每秒钟200千万亿次，也就是相当于“泰坦”的十倍。
“需求是永无止境的。”斯科特说道。“一旦我们处在百亿亿次（exaflop）的边缘，那么科学家就会开始讨论他们对十万亿亿次（zettaflop）的需求。”