超級電腦排行榜   美國包辦前三名

編譯/高晟鈞

目前世界500大超級電腦依舊由美國能源部旗下的Frontier與Aurora拿下冠亞軍,緊隨其後是微軟Azure Cloud資料中心的超級電腦Eagle。想像一下,一百萬台最好的筆記型電腦同時完美、沒有錯誤地進行計算,就能擁有「接近」一台超級電腦的運算能力。

現今超級電腦的架構也逐漸地朝向CPU與GPU的混和架構靠攏。示意圖/123RF

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什麼是超級電腦?

超級電腦的架構本身並不複雜,一個機板上會有一至數個處理器(CPU),數個機板會組成一個「節點」(Node),而數個節點則會組成一個機櫃(Carbinet or Rack)。一台超級電腦可能由超過數千個節點所組成,節點間的連結,主要則是依靠網路來進行CPU間的溝通,達到「平行運算」的效果。

想像每個CPU就像是一個拿著電腦的員工,等著主管指派工作。一個節點就像是一個部門,同部門間的溝通肯定更快,但當不同部門間需要溝通時,就需要走到另外一個部門進行資料交換。那麼,當所有部門同時上繳資料時會發生什麼事呢?因此增加員工間的溝通效率,就是工程師的課題了。

CPU/GPU架構

現今超級電腦的架構也逐漸地朝向CPU與GPU的混和架構靠攏。舉例來說,第二名的美國能源部阿貢國家實驗室的Aurora,便使用了Intel Exascale Compute Blade的HPE Cray EX系統,並搭載Xeon CPU Max系列處理器及Intel Data Center GPU Max系列加速器。

高效計算是利用許多運算元件(CPU/GPU),採用平行運算的概念,將一個問題切成許多碎片進行計算。而軟體是否能配合平行化,也是能否進行高效運算的重點之一。CPU/GPU的運算架構,決定了未來如果要在超級電腦上進行高效運算,軟體勢必得朝GPU運算的方向前進與推動。

為什麼需要超級電腦?

超級電腦強大的運算能力,大多被用來解決世界上難以回答的問題:氣候變遷、病毒機制、核聚變能源開發、宇宙起源、基因工程、人類大腦結構與藥物開發等需要大量計算的任務。

儘管強大如超級電腦,也並不意味著可以模擬百年間地球的氣候變化,或是幾秒內預測核子彈的破壞能力。平行計算所增加的計算能力終究有其極限,更別提可能將耗光了超級電腦的儲存空間。

另一方面,能源消耗也是超級電腦的一大挑戰,光是維持一台超級電腦的運作,就需要佔據相當於兩個NBA球場的面積,消耗數千個家庭相當的能源,並需要高達44,000加侖的冷凍水系統進行冷卻,而這還是沒有進行模擬前提下的能量消耗,其能耗之巨值得所有科學家注意。

資料來源:ScitechDaily

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