擬議的超級(jí)計(jì)算機(jī)將比Cray1快六十億次

2021年，阿貢國家實(shí)驗(yàn)室將部署一個(gè)價(jià)值5億美元的超級(jí)計(jì)算機(jī)。該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)針對(duì)各種工程應(yīng)用。由Cray Inc.和英特爾公司開發(fā)的令人驚嘆的快速計(jì)算機(jī)可能有助于解決一些世界上最難以理解的科學(xué)和工程問題，從宇宙的起源到廉價(jià)的高能電動(dòng)汽車電池的開發(fā)。這臺(tái)名為Aurora的機(jī)器將不同于任何曾經(jīng)構(gòu)建過的計(jì)算機(jī)。以每秒五分計(jì)算運(yùn)行，它比現(xiàn)在最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)快五到十倍。它將花費(fèi)超過5億美元，使用超過200,000個(gè)處理器核心，燃燒多兆瓦的功率，并且計(jì)算速度比Cray-1快60億倍 - 這是40年前在地圖上實(shí)現(xiàn)超級(jí)計(jì)算的機(jī)器。“這是一個(gè)計(jì)算機(jī)柜的籃球場(chǎng)，每一個(gè)都在高性能網(wǎng)絡(luò)中互相連接，每秒進(jìn)行10億次操作，”Cray公司首席執(zhí)行官Peter Ungaro告訴Design News。

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值得注意的是，Aurora的強(qiáng)大技術(shù)不僅適用于大型科學(xué)建模項(xiàng)目，如氣候變化研究，也適用于工程應(yīng)用。阿貢國家實(shí)驗(yàn)室將于2021年交付該機(jī)器，并計(jì)劃在純科學(xué)領(lǐng)域之外進(jìn)行。那里的研究人員預(yù)見它將用于汽車和飛機(jī)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析，EV電池新材料的開發(fā)，自動(dòng)駕駛汽車的仿真，電子行業(yè)未來CMOS芯片的創(chuàng)建以及無數(shù)其他應(yīng)用。被稱為“開放式用戶設(shè)施”的Argonne希望將部分機(jī)器的數(shù)字運(yùn)算功能分配給許多商業(yè)工程問題，滿足大型計(jì)算需求

此外，從Aurora出現(xiàn)的技術(shù)將滲透到他們自己站點(diǎn)的企業(yè)用戶。冰箱大小的計(jì)算機(jī)柜--Aurora將使用其中的200個(gè) - 將單獨(dú)購買。“這對(duì)于用商品技術(shù)建造這樣的機(jī)器的興奮很大，”Ungaro說。“這些是普通工程師利用的非常好的通用機(jī)器。”

Exascale計(jì)算

Argonne Labs將Aurora的驚人計(jì)算能力稱為“exascale”計(jì)算 - 這意味著它每秒將進(jìn)行1018次計(jì)算。從正確的角度來看，一個(gè)人每秒一次將1 + 1 + 1加入手持計(jì)算器，沒有時(shí)間吃飯或睡覺，需要31.7萬億年才能完成Aurora將在一秒內(nèi)完成的工作。計(jì)算速度將比現(xiàn)在最快的超級(jí)計(jì)算機(jī) -田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的Summit機(jī)器快5到10倍。

這些功能被認(rèn)為是解決極大計(jì)算問題所必需的，其中許多計(jì)算問題需要大量數(shù)據(jù)點(diǎn)。“在這些問題中發(fā)生的化學(xué)和物理學(xué)的類型如此精細(xì)，并且具有如此高的計(jì)算需求，如果沒有億億次級(jí)計(jì)算機(jī)，我們就無法做到這一點(diǎn)，”科學(xué)主任凱瑟琳·萊利指出。為Argonne Labs的領(lǐng)導(dǎo)計(jì)算設(shè)施。“這將有助于我們提出比我們能夠提出的更多實(shí)質(zhì)性問題，即使是在峰會(huì)上。”

問這些問題的能力在很大程度上取決于機(jī)器的處理器，這些處理器將來自英特爾公司。英特爾將提供未指定數(shù)量的下一代Xeon可擴(kuò)展處理器，以及Xe計(jì)算架構(gòu)，下一代Optane DC持久存儲(chǔ)器，以及英特爾的One API軟件。

機(jī)器的構(gòu)造與過去的超級(jí)計(jì)算有所不同，當(dāng)時(shí)像Cray Research這樣的公司將從頭到尾設(shè)計(jì)和制造定制的超級(jí)計(jì)算機(jī)。Cray的傳奇創(chuàng)始人Seymour Cray因其從布爾邏輯的編寫到處理器開發(fā)再到冷卻系統(tǒng)構(gòu)建的能力而廣為人知。Cray-1在1976年以每秒1.67億次浮點(diǎn)運(yùn)算的最高速度改變了行業(yè)，使用了一個(gè)3英尺×5英尺的處理器，其中包含25英里的布線。整個(gè)機(jī)器都裝在一個(gè)大型半圓形沙發(fā)的墊子下面。

相比之下，Aurora機(jī)器將呼吁Cray，Inc。發(fā)揮完全不同的作用。Cray本質(zhì)上將提供基礎(chǔ)設(shè)施 - 代號(hào)為Shasta的下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，代號(hào)為Slingshot的可擴(kuò)展互連系統(tǒng)，以及編程環(huán)境，包括編譯器，庫和工具。它還將提供200個(gè)冰箱大小的機(jī)柜，每個(gè)機(jī)柜大約4英尺寬，5英尺深，以容納計(jì)算組件。

然而，Ungaro表示，Cray在Aurora的開發(fā)角色要求它作為高速計(jì)算機(jī)械的端到端構(gòu)建者的根基。“我們的重點(diǎn)與Seymour Cray當(dāng)天所做的非常相似，”他告訴我們。“我們弄清楚你需要哪些組件來克服(計(jì)算)瓶頸，我們就是這樣做的。”

用戶排隊(duì)

Aurora的設(shè)計(jì)和施工現(xiàn)在在多個(gè)地方進(jìn)行。英特爾正在加利福尼亞州圣克拉拉市開發(fā)處理器和軟件，而Cray正在西雅圖，明尼阿波利斯，圣何塞，奧斯汀以及威斯康星州奇普瓦瀑布的舊研究中心工作。在2021年，英特爾和Cray將指派工程師支持在芝加哥附近的阿貢實(shí)驗(yàn)室部署Aurora。

阿貢科學(xué)家表示，他們已經(jīng)有大大小小的項(xiàng)目，排在奧羅拉上線的那一天。“我們有針對(duì)Aurora的項(xiàng)目，從真正的大型模擬到數(shù)百萬小型模擬，”Riley說。

其中最重要的是電動(dòng)車電池研究，由Argonne電池工程師完成。“這是我們期望Aurora非常強(qiáng)大的地方之一，”萊利告訴我們。“Aurora讓您可以探索，甚至可以探索可能具有更好電池設(shè)計(jì)屬性的材料。”

Argonne表示，具有大量計(jì)算需求的工程團(tuán)隊(duì)可以在實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站上申請(qǐng)Aurora的時(shí)間。對(duì)于要求機(jī)器的5%或10%的大量時(shí)間分配，工程團(tuán)隊(duì)需要經(jīng)歷同行評(píng)審過程。