邬江兴招生 超算中心每年电费达几千万元 邬江兴院士支招

当1949年第一台冯·诺依曼结构计算机问世以来,运算器、控制器、存储器和输入输出设备就成了现代计算机的经典五大部件。时至今日,尽管计算机世界中老大的名字每年都在变化,计算机运算速度也一日千里,但现有的计算机还是遵循于冯·诺依曼结构。

在追求更快的道路上,“用不起”成了制约计算机发展的瓶颈。“如果不计成本,我也能造世界第一的计算机。”在昨天中国工程院在沪举办的“高效能计算机体系结构”论坛上,中国工程院院士、国家数字交换系统工程技术研究中心主任邬江兴这样表示。

因为目前这些每秒运算能力超过一千万亿次的超级计算机,是通过不断增加网络内的计算机数量来获取更快的运算,而由于体系内计算机之间的“隔阂”,这样一台超级计算机的使用效率仅为峰值的1/10,然而,维持他们运行则极度耗电。谷歌一个计算中心每天“烧掉”的电量与整个日内瓦市用电量相当,我国几个超算中心的电费也均在每年几千万元左右。

要造出每秒运算亿万亿次的E级计算机,是继续扩充计算机数量研究更省电的方法,还是用另一种思路来设计计算机,邬江兴选择后者。

结构:像碳元素一样可变

如果把传统计算机比作砖头,那么邬江兴院士提出的新型计算机就如同水。砖头的外形是固定的,就像传统计算机的物理结构是固定的,必须依靠系统软件或应用程序的层层虚拟来构造计算环境,而水则能根据容器的不同自由变化形状。

当外界的指令输入后,这种“水一样”的计算机能根据需要组合出CPU、GPU或者存储器来支持运算,当然如果计算机“大脑”判断这项指令依靠软件就能运行的话,计算机的结构也可能保持原样。结构变成什么样子,取决于指令的内容。

这种结构改变依靠算核完成,其实这多少有点向自然界取经的味道。邬江兴院士说,碳原子排列结果不同,既可以产生出世界上最坚硬的金刚石,也能够变成世界上最软的石墨。我们把算核看成碳原子的话,就能理解为何结构变化就能改变性能了。

增效:合理调配资源

如果你是一家公司的老板,你希望自己的员工不管怎样都老老实实地做好自己的分内事,还是在空闲时能够去忙的部门“帮把手”?

如果一个网络终端由100台电脑组成,其中30台提供邮件服务,70台提供点播服务,如果访问两者比例正好是3∶7,资源得到最大利用,但这样的情况往往只是愿望,大多数时候,可能有80个人正在访问点播服务而只有10个人使用邮件业务,这时80个看视频的人就会觉得服务器很卡,而另外20台电脑则白白烧着电,这种泾渭分明的分工,让互联网效率低下。

如果计算机是可变结构,那一切就自由得多。多台计算机可以方便地根据客户的需要来调节资源配置,邮件计算机能随时变身提供点播服务,而且这一切都是动态的,也就是说,每台电脑基本都有事做。或许这样一来对员工来说不太人性,但对电脑来说,则是物尽其用。

邬江兴院士计算过,2012年6月计算机世界中TOP500排名第一的美国红杉超级计算机一年大约要用6900万度电,如果用可变结构来重制,其耗电量可降为现在的1/10。

变革:一个全新的领域

结构可变的高效能计算机,这并非仅仅只是一个想法,经过5年多的潜心研究,今年年底这个想法的原理验证机将接受国家检验。但邬江兴院士说,该技术要实现产业化,起码还有5年以上的路要走。

如果这项技术可行,那对计算机界来讲,将是一场变革,基于互联网的各个环节都将有一次大洗牌。好消息是,在固定环境下爆发的电脑病毒或许将不再发作,因为计算机结构的瞬息万变,病毒很难找到一个适合爆发的环境。另一方面,计算机更新换代将不再那么频繁,基于CPU的“换代”概念将被“换核”取代,一台计算机的使用寿命将延长很多。

“这样大的工作量不可能靠我们300人的团队完成。”邬江兴院士说,“我们更多的是向世界提供一种解决目前计算机能耗瓶颈的思路。”