超级计算机的能耗瓶颈

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　　【MarketWatch旧金山11月17日讯】本周，那些世界上体积最大、速度最快的超级计算机再度展现在大众面前。专家们每年两次汇编种种令人望而生畏的海量资料，最终排定它们的座次，而这一名单也将受到全世界媒体和超级机器开发行业的密切关注。
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7 H4 B" L3 V8 [) b% X( _　　和大多数时候一样，当这份名单披露出来的时候，人们首先会关注的，便是究竟哪些计算机开发者的产品入围了TOP 500。此外，还有很多人会对两家芯片巨头进行比较，看看英特尔(INTC)和AMD(AMD)各自为多少超级计算工具提供了最关键的产品。
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　　这些超级机器的运算速度，现在已经是以petaflop计了，一petaflop就意味着计算机每秒可以进行一千万亿次运算。这巨大的进展无疑是运算方面的壮举，更将帮助我们完成众多重大的科技突破，不过与此同时，一个困扰超级计算机行业的问题也由此产生了：这些强大的系统，往往都需要很多的电力才能运转，毫不夸张地说，一些超级计算机的能耗都足以支撑一个小型城市了。
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　　对于业界而言，这是他们不得不面对的挑战。这些系统开发出来，主要是供那些顶尖的科学家使用，他们会利用这些系统来预测全球气候的变化，计算核子爆炸的能量，在模拟事故中测试汽车的设计，或者研制新药，利用基因序列分析开发疫苗，等等等等。
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; k, W* k( T8 x# W' T　　这就多少有些讽刺意味了，这些系统被用来解决诸如全球气候变暖之类的严峻问题，可与此同时，它们自身又成了重要的污染源。今年早些时候，英国气象局就受到了国内媒体的强力抨击，因为以二氧化碳排放量评估，在全英28259处公共建筑当中，气象局被列为第103污染大户。英国气象局之所以会戴上如此有欠光彩的帽子，最主要的原因之一就在于其超级计算机系统。

　　巨大能耗
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' K* l; U4 i+ W8 N6 d　　2011年，英国气象局的新超级计算机预计将达到一petaflop的峰值运转速度，而相应的能耗也就达到了1.2万亿瓦特，确实和一座小城不相上下了。英国气象局的官员们强调，他们的工作是有重大意义的，准确的气象预报可以拯救人们的生命，而且这些预报每年还能帮助航空业减少2000万吨的二氧化碳排放。
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& M( F1 w3 l% {4 P1 g) k  S; S　　IBM(IBM)深度计算副总裁图莱克(David Turek)评论道，“这就是行业的两难处境。一方面，我们必须不断追逐最强大的运算能力，可是与此同时，我们显然又不能无视能耗的水涨船高。”

) R' }# Z$ S, J　　不过，至少，英国气象局的情况已经唤起了人们对该行业问题的新一轮的关注。假如我们漠然置之，则为了解决愈来愈多、愈来愈大的科学问题，对运算能力的追求就永远不会停下脚步，而与此同时，污染的结果自然也只能愈来愈严重。
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. m8 c' G* _; q# w) Z  }4 W　　IBM一直以来都对这一方面的问题非常关注，在开发他们自己的超级计算机时，该公司总希望能够尽量降低能耗，这种方针从1999年破纪录的Blue Gene系统研发时就已经开始贯彻了。与此同时，整个行业其实也有所动作，比如还推出了Green 500的名单。今年六月的名单当中，20部最环保的超级计算机，有18部都是蓝色巨人的产品。
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. A, n* J1 t9 X8 ?- }- L　　市场研究公司IDC的分析师康维(Steve Conway)表示，“对于这个行业而言，如何供应能量及降低温度，已经成了一个非常重大的问题。”他指出，超级计算机的动力系统和标准的企业数据中心有着巨大的不同——事实上，在数据中心方面，企业已经在利用一整套技术，诸如服务器整合和虚拟化软件等等，来降低能耗。

　　“高端运算则是一件完全不同的事情。”康维表示，“超级计算机使用者所需要的，是尽可能快的运算速度。因此，假如你想在能耗方面省钱，你就只能花钱去购买更多的运算能力。”

( }. Q' x" H2 L8 G" H% f9 Q+ }: L% ~　　当然，超级计算机的使用者和那些滥砍滥伐树木的人还是有所不同的。然而，“我们也将看到各种奇特的潜在影响。”这位分析师表示，“假如我们要将这些计算机搬迁到那些能量更加容易获得而且代价较低的地方去，那么，进行相应工作的科学家也只能跟进，于是乎，在全国乃至全世界的范围之内，我们就将看到一场头脑大移民。”
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" g% U) v( H1 [* ]( p% O　　设计理念
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3 b) Y! G# x- U+ ?/ ], a　　事实上，这种头脑大移民已经开始了。谷歌(GOOG)和亚马逊(AMZN)就是例子，他们将自己最大的数据中心设在了太平洋沿岸的西北部地区，因为那里有丰富的水电资源。与此同时，至少有一位美国科学家已经搬迁到了沙特阿拉伯，当地阿卜杜拉国王科技大学的IBM超级计算机在六月的Top 500名单上排名第14位。

& ^1 Q& w' J8 s- Y9 d　　该行业最重要的研讨会已经于周日在俄勒冈州波特兰开始，这次SC09会议上，就有很大一部分内容与能源问题有关。Lawrence Berkeley国家实验室的维纳(Michael Wehner)将于周四提交一份论文，后者将介绍一种全新的高端运算设计思路，以应对能耗方面日益严格的要求。他的理念相信将会改变很多东西。

& N/ l% o7 G8 E9 ]- j" `　　不过，归根结底，这还需要整个行业强化协同，从一开始就将能耗问题挂在心上。Top 500名单的最新冠军，Cray Inc.(CRAY)为Oak Ridge设计的美洲虎(Jaguar)，其运算速度达到了1.759 petaflop，压倒了IBM的走鹃(Roadrunner)。然而必须指出的是，在六月的环保500名单上，美洲虎只排名第90位——尽管由于这机器现在采用了AMD的新芯片，排名可能会有所变化。
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　　“能源问题的影响是非常深远的，而且还将持续存在下去。”IBM的图莱克评价道，“毕竟，谁会打算为自己的超级计算机再买一个核电厂呢？”

　　(本文作者：Therese Poletti)