这台超级计算机每秒将执行 1,000,000,000,000,000,000 次运算

伊利诺伊州的一个政府实验室将于 2021 年接收美国速度最快的超级计算机，这将是第一台达到百亿亿亿次级处理能力的超级计算机。这台名为 Aurora 的巨型机器将位于阿贡国家实验室，能够完成模拟复杂系统、运行人工智能和进行材料科学研究等任务。

那么超级计算机的意义何在？汽车碰撞测试等实验成本高昂、复杂，有时还很危险。然而，超级计算机模拟允许研究人员虚拟地进行这些测试，并在测试过程中跟踪和改变无数变量。一些超级计算机甚至模拟核爆炸，这最好是在虚拟环境中进行，而不是在现实世界中进行。

然后是能源研究：研究人员可以使用 Aurora 来测试风力涡轮机叶片的设计。超级计算机可以让你模拟实验，而不是制造具有多种变体的真实叶片并观察它们的性能，这要快得多，而且便宜得多。或者，考虑气候研究。“你不能把世界放在实验室的瓶子里，看看如果我们对我们的能源政策做这样、那样或其他事情会发生什么，”Cray, Inc 的首席技术官史蒂夫·斯科特 (Steve Scott) 说，该公司是 Aurora 的建造公司之一。

想象一下，强大的超级计算机可以将世界虚拟地放入数字瓶中。以下是通过数字了解 Aurora 的其他信息。

第一

2021 年，当 Aurora 上线时，它有望成为美国最强大的超级计算机。英特尔研究员 Alan Gara 表示：“它的目标是在建成后成为美国最快的超级计算机。”Alan Gara 也参与了这款新计算机的研发。当然，美国并不是唯一一个投资超级计算机的国家。目前，速度第三快的超级计算机在中国，而就在 2017 年 11 月，速度最快的两台超级计算机都是中国的，其次是瑞士和日本。Gara 表示：“这有点像一场竞赛，这是有原因的——这些计算机已经成为各国在某些方面竞争的工具。”简而言之，如果 Aurora 在某个时候成为世界上最快的超级计算机，那么可以肯定地说，它不会永远占据这一位置。

每秒一千万亿次运算

Aurora 每秒能够执行一千万亿次运算，也就是十亿亿次运算。这个数字的写法是这样的：1,000,000,000,000,000,000。在超级计算机领域，甚至一些普通计算机芯片，性能以 FLOPS（每秒浮点运算次数）来衡量。这些运算是复杂的数学方程式（将两个长数字相加或相乘），使计算机能够解决手头的问题，例如在屏幕上渲染图形或运行复杂的模拟。

每秒进行一千万亿次运算的能力使得 Aurora 成为一台百亿亿次浮点计算机，这意味着它每秒可以解决 1,000,000,000,000,000,000 个难题。

目前顶级超级计算机的计算能力以千万亿次浮点计算为准。橡树岭国家实验室的 Summit 超级计算机峰值计算能力可达 200 千万亿次浮点计算，而 Aurora 超级计算机的计算能力应该是 Summit 的五倍。回到上世纪 90 年代末，超级计算机的计算能力为万亿次浮点计算。（从历史上看，芯片和晶体管变得越来越小，速度也越来越快。）

“地球上最快的超级计算机大约每秒 200 千万亿次浮点运算，因此这比之前的超级计算机快了五到十倍，”Cray 总裁兼首席执行官 Peter Ungaro 说道。“这是在极短时间内性能和容量的巨大飞跃。”

十亿台笔记本电脑

如果你假设一台普通笔记本电脑每秒可以执行 10 亿次操作，那么 Aurora 就相当于将 10 亿台笔记本电脑连接在一起。“这是一个惊人的数字，”英特尔的 Gara 说。当然，Aurora 的运行速度会比将 10 亿台笔记本电脑连接在一起的速度更快，因为超级计算机还必须以智能方式连接，以便组件高效互连，更不用说其他实际问题，例如确保硬件采用液体冷却。“这才是超级计算机与一堆 10 亿台笔记本电脑之间的真正区别，”他说。

另一个参考点是，Xbox One X 是目前市场上最快的游戏机。它的计算速度约为 6 万亿次浮点运算。

200多个柜子

超级计算机并不是一台巨大的、独立的机器，放在空房间的中央。相反，它们的硬件放在机柜里。Aurora 将需要 200 多个这样的机柜，据 Cray 称，每个机柜大约 4 英尺宽、5 英尺深、7 英尺高。由于机柜之间需要一定的空间，因此系统的总面积至少需要 6,400 平方英尺。这意味着 Aurora 计算机至少会占用比篮球场更大的空间。

每个机柜都会变热，但 Cray 表示，得益于液体冷却，他们可以让每个机柜保持足够低的温度，以在四分之一兆瓦的功率下运行。

200千兆位

由于每个机柜内的计算节点和机柜本身都需要相互连接，因此交换机、铜缆和光纤电缆将把它们全部联网。每个机柜都有多个交换机，每个交换机包含 64 个端口。当数据从一个交换机流向另一个交换机时，它可以以每秒 200 千兆比特的速度传输。想象一下，一条光纤电缆从一个机柜上的交换机延伸到另一个机柜，数据可以以每秒 200,000 兆比特的速度移动。（相比之下，Netflix 表示，您需要 5 Mbps 的互联网连接才能播放高清电影，或 25 Mbps 才能播放 4K。）

克雷的斯科特说，每个节点仅通过三个或更少的“跳跃”从一个交换机连接到另一个交换机。

归根结底，所有关于每秒万亿次浮点运算、每秒千万亿次浮点运算和每秒百亿次浮点运算的讨论都是计算机科学家用来描述机器能力的基准。“这些只是随意设定的里程碑，”斯科特说。“当然，挑战在于继续突破极限。”