| 出版日期：2002-11-25 总期号：1171 本年期号：88 |
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对于以世界领先速度为自豪的NEC超级计算机的期待
陈菲 NEC产的世界领先速度超级计算机 使美国都感到惊讶 各位读者可能都会认为当前世界上信息处理速度最快的超级计算机当然是美国制造的。我曾经也是这么认为的。然而事实全然不同，实际上，目前信息处理速度最快的应该是日本的“地球仿真测试系统”。它是在“地球仿真研究开发中心”的指导下，由NEC公司负责生产的超级计算机。据2002年4月份出版的《纽约时报》报道说：“日本的这台计算机的处理速度与20台美国处理速度最快的计算机相等。在现有的计算机中，过去始终占居世界最快记录的美国产的计算机每秒可进行7兆次数学演算，与其相比，日本产的超级计算机却能每秒进行35兆6千亿次数学演算。(最新的性能为每秒可进行35兆8千6百亿次演算)”。面对这一现实，有些美国计算机技术员甚至认为日本的这台超级计算机将会重新唤起1957年由原苏联“SPUTNIK号人造卫星”引发的警告。以编写权威性世界500强超级计算机名单而闻名的田纳西大学计算机科学家Jack Dongarra声称：“从某种意义上说，在我们身边正发生着一种被称为‘Conputonique’(计算机技术)的现象”。通过这一报道，我们可以得知：由于这台NEC产的世界上处理速度最快的计算机的出现，给美国带来了多么大的打击。另外，此报道还告诉我们，这台世界最快速超级计算机在解决地球环境问题上也发挥着巨大的作用。 世界规模的环境问题对于中国不是无关的 谈到地球的环境问题，最近由于异常气象所引起的灾害引起了全世界的关注，我国亦不例外。1998年6月，我国的广大地区都发生了大规模的洪水，对此我想各位读者都一定还记忆犹新。 特别是长江中流的江西、湖南、湖北等地以及东北的黑龙江、内蒙古、吉林等地的灾情极为严重。全国29个省市自治区受灾，其直接经济损失高达2，642亿人民币。然而今年6月份又连续下了大雨，导致西北地区、中部地区以及东南部等地大面积地发生了洪水和泥流，并使农作物受到了严重的损害。 另外，中国北方地区的沙漠化和沙尘暴的严重程度也在急剧增大。据了解，从2000年春季开始，长江以南的部分地区以及上海、南京等地也遭受了黄沙所引起的灾害。可以说如果这样下去，不仅会给农作物带来危害，而且还很有可能会直接影响到人们每天的生活。当然我们也并没有袖手旁观，为了查明沙漠化的构造，中国科学院寒区旱区研究院和兰州大学等机构共同承接了有关中国沙漠化的过程及其预防措施的研究工作（见注解1）。此项研究属于中国国家需要基础研究发展计划的一部分，自从2000年底启动之后，将在5年内做出有关土地沙漠化倾向的预测，并将发出有关沙尘暴的预报和警报。 避免环境劣化和自然灾害的关键在于如何正确地预测其变动。在预测方面最重要的就是事先安排好极有效的措施，然后一步一个脚印地落实下去。在调查过程中，从NEC公司了解到日本就有一所可称为环境预测新形态的研究机构。 “地球仿真测试系统” 将掌握今后环境对策的关键 从事着世界极先进的环境预测工作的研究机构就是位于日本横滨市的“海洋科学技术中心横滨研究所地球仿真测试中心”。成立此中心的背景来自于1992年在巴西里约热内卢召开的“地球首脑会议”(见注解2)。通过此会议，世界上普遍达成了一个共识，即对于人类的持续发展而言，地球环境问题是一个很重要的问题。随着环境问题越来越严峻，于1997年日本科学技术厅为了推动地球环境变动预测的研发工作，启动了“地球仿真测试计划”。在此地球仿真测试计划中，同步进行“基础科学研究”、“观测研究”以及“仿真研究”。 为了人类的持续发展，需要查明全球规模发生的或正在发生的诸如集中性暴雨和干旱等异常气象、地球温室效应等气候变动、以及酸性雨或臭氧空洞现象等大气污染、地震或火山运动等地壳变动等各种现象，同时还应采取相应的措施。但由于这些现象无论从时间上还是空间上，其规模都非常庞大，并且是由多种因素的连锁性综合反应而引起。其结构非常复杂，导致几乎无法通过实验或理论来重现相同的现象。为此，即使做出了预测，也会经常出现一些出乎预料的情况。比如：没有报准第二天的天气预报、实际的台风走向和预测不同等等。面对这一现实，想出来的办法就是“地球仿真测试系统”。即通过仿真重现地球上发生的各种现象来塑造一个虚拟的地球，并通过它来查明全球性环境变动现象的结构，进行高精确度的预测。 此“地球仿真测试系统”不仅能进行如同天气预报那样几天或几周等非常近期的预测，还包括了更长期的对于未来的预测。当然，以前也有类似的系统，但“地球仿真测试系统”的精确度更高。在进行仿真测试时，需要将地球表面和空间划分为多个网格，比如：进行台风的仿真预测时，原来的仿真系统以100公里见方为计量单位进行预测，而“地球仿真测试系统”则以10公里见方为计量单位在更加狭窄的范围内进行的。即通过尽可能细致的分析，来实现更接近于现实的仿真(见图一)。 
图一 “用于地球仿真测试系统的最新技术” 据了解，通过采用此“地球仿真测试系统”，几年后就能够进行各种预测。例如：通过重现自然发生的台风来预测其走向；在预测地球温室效应化方面，过去花费了几百年的时间只能提高10度左右，然而采用了该仿真测试系统，就能将误差范围控制在很小的范围内。当然，不仅是利用于这些气象及气候领域，比如当油轮发生事故，需要针对外流的重油进行扩散预测时也能获得可靠性更高的信息。对于我国的沙漠化扩大问题以及沙尘暴、河流的大洪水发生时期等也能以高精确度进行预测。从自然灾害中保护我们的生命财产方面而言，该“地球仿真测试系统”将会起到不可估量的作用。 能进行复杂而又大规模计算的 就是NEC制造的超级计算机 正如前文所述，在地球上发生的自然现象是由多种因素之间复杂的连带关系而引起的。正因为如此，需要处理的数据量也就会非常庞大，从而能够迅速实现大规模信息的同时处理并具有惊异处理能力的大规模超级计算机系统就是必不可少的。为了实现这一项目，采用了NEC的矢量并列式超级计算机的制造技术。 从NEC我们得知：该超级计算机是目前世界上处理速度最快、规模最大的超级计算机。该超级计算机是由每个CPU为8千兆次往返的8台矢量处理器构成一个计算节点，并通过高速网络来连接640个计算节点，形成由5，120台矢量处理器组成的系统。 它的主存储容量竟达10太拉字节(TB)(1太拉字节为1兆个字节)。令人感到惊讶的是：在短暂的1秒钟内，就能完成40兆次浮动小数点计算。计算机的演算方式有标量处理和矢量处理等两种处理方法，如需要同时处理像大气层和海洋大循环仿真测试那样相互之间有连带关系的大规模信息时，采用矢量处理更为合适。 当问及在开发这套超级计算机过程中最费心血的是什么，NEC回答说：“是单片矢量处理器的设计。”即为了节省空间和降低耗电量，需要将原来由32个LSI构成的内容集成在1个芯片里，这就需要有将5，700个元素凝聚在仅有2厘米见方的芯片内，并用仅有0.15微米的微细接线连接在一起的技术。通过这种努力研制出来的矢量处理器在1秒钟内竟能完成80亿次浮动小数点的演算。同时，用于连接总计5,120台处理器的高速网络电缆共有约83，000线，总长达大约2，890公里，相当于可纵贯整个日本列岛的长度。只有并列运行这些数量庞大的处理器才能实现峰值性能达40太拉次的往返。这就需要在一瞬间也不让网络出现堵塞现象的前提下，分解高速通信的控制技术和计算处理，并需要让5，120台处理器同时工作的并列处理技术。 通过各方面的努力，终于在2002年的Linpack基准试验(见注解4)中，成功地达到了35.61太拉次往返(其后又提高到35.86太拉次往返)的演算性能，并获得了“Linpack基准报告”的认可，成为世界最高速超级计算机。而且，在同年6月于德国召开的“国际超级计算机会议(ISC)”上，它被评选为性能方面“国际超级计算机500强”的首位产品。 NEC所拥有的超级计算机技术 在中国也一定会发挥其相应的作用 据了解，NEC的超级计算机已作为商用化产品销售于市场。目前，商用产品中最高档的机型就是“SX-6” （见相片），最大矢量性能高达8太拉次往返(TELOPS：每秒完成1兆次的演算性能)，成为世界上最高速的商用矢量型计算机。 此款“SX-6”在采用NEC产的前一代超级计算机“SX-5”的特长——CMOS技术和共享存储方式等的同时，还将约有30多个LSI芯片构成的矢量处理器集成为1个芯片，不仅大幅度地提高了性价比，而且还实现节省空间的设计。它的特点是：只有矢量型计算机才能实现的、与CPU性能相对应的大容量存储器和CPU之间的数据传输能力高；适合输入、计算各种数据的大规模演算，具有极高的实效性。除此之外，“SX-6”通过采用行业极先进的DRAM和高速存储网络交叉切换，实现很高的处理性能，从而缩短了CPU和存储器内的接入时间，达到了高度的计算效率。另外，在该超级计算机的开发中，还大量采用了高集成LSI技术、高密度插装技术、高速传输技术等先进技术。 
照片：超级计算机“SX-6”的相片 由于主要以采用该超级计算机进行数值仿真测试是以数值模式代替实验和观测，仿真测试各种自然现象，所以也被称之为“计算机实验”。据NEC方介绍，在计算机实验领域中这款“SX-6”也倍受关注。它不仅能用于气象、环境等领域的研发，还能用于“后染色体组”的新药研制、应用纳米技术的高功能材料开发；核合成和原子能等能源开发；飞机、宇宙开发；石油等能源的勘察；汽车、机械设计、建筑和土木工程设计等方面，为各个产业的技术开发将会发挥出巨大作用。正是因为如此，于2001年10月上市的“SX-6”，在不到1年的时间内就获得了100台以上的订单。通过能研制出如此高性能超级计算机的开发实力，我们可以看出，NEC公司似乎是一家无论在信息处理技术方面还是半导体技术方面，在日本都具有领先地位技术实力的公司。 当然，在中国，NEC公司也深受业界以及计算机方面专业领域的高度评价。 听了NEC的介绍，使我们认识到：为了创建丰富美好的社会，像这样能够进行大规模演算的超级计算机技术是必不可少的。它不仅能积极应对我们所面临的环境问题，而且还能够在各种领域中发挥巨大的作用。我们坚信NEC公司创新的技术必定为我国的现代化建设做出更大的贡献。 注解1：通过此研究来查明沙漠化过程的物理及生物方面的因果关系，从而明确预防沙漠化的原理及理想的模式。此研究项目的对象地区范围为：东至科尔沁草原；西至整个新疆地区；南到青海三江源地区。 注解2：“地球首脑会议”是指联合国环境与发展大会。 注解3：节点是指：共享内存的处理器群。地球模拟系统中，1个节点由8台处理器组成。 注解4：LINPACK基准试验是全球范围内应用范围最广的超级计算机计算性能测试方法。 |
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