利用有史以来最强大的超级计算机计算宇宙大爆炸

再过十多年，世界上一片巨大的干旱平原将成为高分辨率天文学和高性能计算的繁华交汇点。南非或澳大利亚的灌木丛中将安装有史以来最大的望远镜——平方公里阵列 (SKA)，旨在聆听宇宙最古老的诞生之痛。而这项操作的核心可能是世界上最强大的超级计算机。

下一代主要科学仪器将需要全新的信息架构，用于处理和传输数据以及存储数据。因此，天文学的未来与计算的未来紧密相关。

为了将这些未来更加紧密地交织在一起，IBM 今天宣布在其苏黎世研究基地建立一个价值 4300 万美元（3200 万欧元）的新中心，计算机科学家希望在这里设计和构建第一个低功耗百亿亿次计算机系统。

平方公里阵列将由数千个无线电天线组成，分布在一个大陆大小的区域，收集面积相当于一平方公里。它将研究暗能量，搜索黑洞，寻找星际空间中的复杂有机分子，并回顾宇宙的黑暗时代——第一颗恒星形成之前的时代。除了巨大的虚拟视野外，所有这些工作都需要大量的计算能力。

将目前全球每日互联网流量乘以 2，您就会开始接近平方公里阵列每天产生的惊人数据规模——大约每天 1EB。苏黎世 IBM 研究中心的 Ton Engbersen 指出，这远远超过了计算领域的最先进水平。“您需要的 PC 面积比 SKA 更大，”他说。

他说，根据 SKA 的设计方式和数据传输问题的解决方式，它将需要每秒 2 到 30 亿亿次浮点运算。设计参数仍在敲定中，但第一阶段的建设计划于 2016 年开始。预计本月晚些时候将宣布在澳大利亚或非洲的选址（大部分天线在南非，其他天线分散在从博茨瓦纳到赞比亚的不同国家）。这个耗资 20 亿美元的项目计划要到 2024 年才能完工。

从像 SKA 这样庞大的设施中获取数据在多个层面上都是一个挑战，除了行业努力之外，像 Andreas Wicenec 这样的研究人员也在试图从各个方面解决这个问题。Wicenec 是西澳大利亚州国际射电天文学研究中心的计算负责人，他的部分工作是弄清楚如何存储 SKA 的所有数据。他指出，这相当于每天存储 1500 万台 iPod。

“你必须一次性规划好整个事情。目前所谓的百亿亿次计算不仅仅是百亿亿次浮点计算机；这也是存储流，”他说。“它们必须并行构建。”

他正在研究如何增加 GPU 之间的带宽以更快地传输数据，以及如何保持这些庞大计算机的冷却以降低功耗需求。这对于南非或西澳大利亚的沙漠来说尤其重要。

他说：“我们必须将电力消耗降低 10 到 100 倍才有能力支付这种机器的电费。”

据恩伯森称，IBM 研究人员有一些想法。该公司希望利用相变存储器（您可以在此处阅读更多信息）及其在 3D 芯片架构方面的研究，从而更有效地传输数据并保持低温。他设想将 100 个芯片堆叠在一起，一个叠一个——有了这样的架构，SKA 理论上可以拥有方糖大小的超级计算机。

数据下载也可以变得更高效——恩伯森指出，当你打开一份文件时，你通常会先看前几页，然后再向下滚动。这对天文学家来说也适用，也许一次下载几“页”或几位数据。

IBM 的研究中心将设在荷兰，与规划 SKA 的 ASTRON 和荷兰射电天文学研究所进行合作。

恩格伯森表示，SKA 项目产生的新系统设计可以应用于其他大数据领域。但对于天文学而言，真正的回报将是巨大的。

有了 SKA，天文学家将可以进行持续、实时的全天射电巡天，这可能有助于发现宇宙中一些最奇怪的现象。目前的射电天文学非常强大，但全天巡天仍然局限于约 10 角秒。这只是天空的一小部分——相比之下，本月金星在其超亮的巨大圆盘处，直径在 25 到 37 角秒之间。光学巡天始于 20 世纪初，使用照相底片，分辨率相当高，大约为 1 角秒。“如果你想用射电望远镜获得类似的分辨率，你必须采用 SKA 尺度，”Wicenec 说。

维塞内克表示，SKA 的长期建设周期将有助于望远镜、计算机和存储设施的共同发展。

他说：“这确实依赖于技术以一定的速度进步的事实。”