互动科普

美国能源部建成了目前世界上运算速度最快的超级计算机——“泰坦”。

撰文：拉里·格林迈耶（Larry Greenemeier） 翻译：王栋

2005年，美国能源部下属的橡树岭国家实验室推出了“美洲虎”计算机系统。以它为基础，然后又进行了升级，最终成就了一部顶尖超级计算机。2011年，它已经扩张成为了尺寸相当于一间房子的巨型系统，耗电量达700万瓦特。它拥有近225 000个处理器核心，峰值处理能力高达每秒2.3×1015（2.3千万亿）次运算。即便如此，为了应对日益复杂繁琐的能源相关问题的计算，工程师们还必须将“美洲虎”的运算能力提升10倍。如果通过简单增加更多CPU，所需的能量就会提升到离谱的程度——足够60 000户家庭的用电。靠这种暴力型的方法是行不通的。

橡树岭国家实验室的工程师们另辟蹊径，他们将目光投向了电子游戏——或者更确切地说，是如微软公司的Xboxes，任天堂公司的Wii，以及其他电子游戏系统中的图形处理器。2012年10月底，“美洲虎”系统的升级版本——“泰坦”诞生。这是一部同时使用了CPU和GPU（图形处理单元）加速器的超级计算机，在具有比“美洲虎”系统强10倍的运算能力的同时，耗电量却减少了5倍。它击败了自去年6月起就持有世界上最快计算机头衔的美国能源部“红巨杉”计算机，一跃成为目前世界上最强大的开放式科学超级计算机。然而，“泰坦”的超强性能也有相应的代价。因为“美洲虎”只使用CPU，其计算机结构要简单些，为其编写软件也就容易些。“为像‘泰坦’这样的计算机编写代码，算法的复杂度是至关重要的，”橡树岭国家实验室的计算机科学家汤姆·埃文斯（Tom Evans）说。

首先，“泰坦”将为橡树岭国家实验室的几个关键项目提供计算支持，其中包括运行能够模拟核反应堆里中子行为的Denovo软件。橡树岭国家实验室的工程师们为“美洲虎”编写了Denovo软件，以期为提供了美国约五分之一的电力，却在逐渐老化的那些核电站延寿。通过运行Denovo，“泰坦”用13个小时就能模拟出反应堆核心在任一特定时刻的全部状态，而完成同样的任务，“美洲虎”需花费60小时。“核燃料是否能够均匀燃烧，高度依赖于了解并预测核心里的中子分布，”埃文斯解释说（他也参与了编写Denovo）。随后，美国能源部还将把“泰坦”开放给学术机构、政府和工业界的研究人员使用。