【科技动态】美国探索超导超级计算机——运算速度将比“天河二号”快约40倍
2014年12月初，美国情报高级研究计划局（IARPA，美国政府情报界的研究机构）向国际商用机器公司（IBM）、雷神BBN公司和诺斯罗普·格鲁门公司分别授出其“低温计算复杂性”（Cryogenic Computing Complexity，C3）项目的第一阶段研究合同。该项目预计持续5年，旨在开展高性能、低功耗计算技术研究，构建出运算速度可达每秒百亿亿次级的超导计算机。项目分两个阶段实施，第一阶段的工作预计持续3年，聚焦于发展超导处理机所需要的技术，重点是发展高容量、高能效的低温存储器和先进的超导电路（与存储器和其他元件集成）；第二阶段则将聚焦于将所发展的各项技术综合到一台小型样机。
IARPA预计，实用型超导计算机的运算速度将比当前最快的超级计算机——中国国防科技大学研制的“天河二号”（峰值运算速度每秒5.49亿亿次）要快大约40倍，但是能耗则要远低于当今的超级计算机。对于情报界而言，每秒百亿亿次级的计算能力可用于破解密码和筛选过滤美国“情报界信息技术事业”（IC ITE，以云技术为基础）计划所产生的大数据，也可被许多其他机构用来处理日益增长的大量数据集。尽管近年来超级计算机设计者们通过设计功耗相对较低的系统架构和混合采用图形处理器和标准处理器，在提升运算能力和降低相对能耗方面取得了一些进步，但是以目前的水平，实现每秒2亿亿次的运算速度需消耗10兆瓦的功率。
中国国防科技大学研制的“天河二号”是目前世界上运算速度最快的超级计算机
IARPA认为，当前这种基于互补金属氧化物半导体（CMOS）、交换设备和和金属互连结构的超级计算机，已无法再在满足日益增长的运算速度需求的同时提高能效。因此，该局开展超导计算机技术研究，其工作温度接近绝对零度（零下273.15℃） ，从而消除了电路与晶体管之间的电阻与功率损耗，这样能耗更低，发热更少。另外，超导计算机通过约瑟夫逊结实现交换机制，其工作速度极快而能耗很低。IARPA认为，这样的超导计算机可能能够以大约200千瓦的功耗（包含了低温制冷器功耗）达到每秒10亿亿次的运算速度，而“天河二号”的总功耗达17.6兆瓦（包含散热系统则达24兆瓦）。尽管“天河二号”作为当前世界上运算速度最快的超级计算机，其性能/功耗比值也可在超级计算机500强中排进前5位，但未来的超导计算机或将能以其1/100左右的功耗达到近2倍的运算速度。
不过，IARPA也并不指望能在一夜之间建造一台超导计算机，事实上，C3项目的目标只是建造一台小尺寸原理样机，以观察按以上途径是否能够工作。IARPA并不能保证这个激进的项目能够成功完成，但超导超级计算机与量子计算机一样，或将能够超越以CMOS为基础的计算，后者可能正在达到其极限。
（来源：空天防务观察）
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