在线特别报道：为超级计算机德比而热血沸腾 - 彭博社

今天超级计算机的速度令人难以置信。“万亿次浮点运算每秒”（teraflops）很容易解释：每秒万亿（tera）次浮点运算（flops）。但每秒发生万亿次的事情超出了人类的感知范围。

现在试着想象一下“拍浮点”（petaflops）——每秒千亿亿次计算。这就是华盛顿在下一代超级计算机中所追求的目标。美国国防部的国防高级研究计划局（DARPA）正在领导一项竞赛，与其他联邦机构合作开发如此惊人的速度，包括国家安全局、NASA和能源部。

DARPA在2002年初发起了这场竞赛，恰好在日本启动了世界上最快的计算机“地球模拟器”之前。那个夏天，该机构挑选了五个提案进行进一步的完善。它们来自Cray（CRAY）、惠普（HPQ）、IBM（IBM）、硅图形（SGI）和太阳微系统（SUNW）。去年七月，三位临时获胜者被选出——太阳、IBM和Cray——并分享了1.5亿美元的奖金。下一个里程碑将在2006年到来，届时这三家的数字原型将进行对决，以确定哪个设计将获得丰厚的奖励，成为2009年的真实原型。

跳跃信号。

所有三位竞争者都在硬件和软件方面进行创新。例如，DARPA喜欢Sun的概念，称为Hero，因为它提出了一种巧妙的方式来连接芯片：无需电线。Hero将利用电容耦合，而不是通过印刷电路板上的铜线连接芯片。这类似于一些电池供电的牙刷和无绳剃须刀在充电底座中无线传输电力进行充电的方式。

通过将芯片紧密靠近，仅留一条非常细的间隙，Sun希望信号能够通过空气从一个芯片跳到另一个芯片。如果成功，这一技巧可能会将数据流量提升多达100倍。这项技术不仅可以提高超级计算机的性能，还可以提升Sun的服务器和工作站的性能。

信号在芯片之间跳跃所需的时间已成为一个主要瓶颈，Sun认为使用电路板工程化一个千万亿次计算的计算机将非常困难。毕竟，信号在电路板路径上传播的距离几十年来没有显著变化，而芯片内部晶体管之间的电线长度则定期缩短。这一距离的减少是摩尔定律的主要关键，该法则要求微处理器的性能每18个月翻一番。

多才多艺。

Cray的千万亿次计算候选者，名为Cascade，是一种向量-标量混合体。这意味着它将配备两种类型的脑芯片：“重型”处理器用于向量任务和“轻型”版本用于标量代码。

向量芯片是在1970年代初由超级计算的传奇之父西摩·克雷（1925-96）发明的。它们专门用于处理向量，或相关数字的字符串——例如，随着飞机速度接近音障，机翼上的热量积累，逐秒变化。日本的地球模拟器拥有5120个向量芯片。

标量代码是可以被切割成小块以供数百或数千个微处理器同时处理的软件。因此，计算机的速度随着芯片数量的增加而提高或扩展。（向量字符串无法同时处理，因为每个结果都会影响下一个数字。）

Cascade的轻量级芯片将采用内存处理器（PIM）布局。顾名思义，处理器被内存电路包围。这再次缩短了信号传输的距离。PIM芯片在1990年代末被引入，以满足对视频游戏控制台中更快图形芯片的需求，特别是索尼的（SNE）PlayStation。现在，PIM芯片正在超级计算中建立立足点。它们被用于IBM在劳伦斯利弗莫尔国家实验室构建的360万亿次计算的Blue Gene/L集群。

海洋的变化？

然而，对于DARPA的千万亿次计算竞赛，IBM正在专注于一个截然不同的概念：可重构芯片。由德克萨斯大学奥斯汀分校的两位计算机科学家斯蒂芬·W·凯克勒和道格拉斯·伯杰构思，IBM的处理器将是多面手。它们将轻松处理向量和标量代码。这是因为芯片可以在计算机内部瞬间重新连接，以创建为程序每个连续段定制的逻辑电路。

“在运行时，芯片可以在向量和标量之间切换，反复切换，以适应即将运行的代码，”Burger说。由于底层的硅电路没有变化，这些芯片可以大规模生产。“有了这项技术，”Keckler补充道，“你可以以与集群相同的经济学构建向量系统。”这将是一个巨大的变化。如今，向量机器每个泰拉浮点的成本大约是标量集群的五倍。

单靠原始速度并不能决定哪种设计赢得最终奖项。如今，超级计算机的炫耀权利与理论峰值速度和用于排名全球大型计算机的基准测试结果挂钩，这些测试用于《Top500超级计算机网站》列表（www.top500.org）。但众所周知，这两种测量都无法准确预测机器在运行实际软件时的性能。为了让潜在买家更好地了解不同系统的优缺点，DARPA还赞助了新的基准测试和效率测量的开发。

代码是关键。

最终，对超级计算机用户来说，最重要的是“解决时间”。这是DARPA的罗伯特·B·格雷比尔在负责千万亿次计算努力的项目经理的多次行业会议上传达的信息。编写软件以探索新理论或工程设计通常占据了从想法到解决方案之间的大部分时间。因此，能够加速软件开发的创新编程工具将具有重要意义。

企业研究人员和学术科学家迫不及待想看看这将如何发展。

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作者 奥蒂斯·波特 在纽约