【前沿资讯】DARPA开发新型混合计算架构，加速复杂仿真计算
来源：国防科技信息网
作者：中国船舶工业综合技术经济研究院 志伟
[据DARPA官网5月6日报道]无论是预测流行病的传播，了解气候变化的潜在影响，或是对新设计的船体的进行声学特性模拟，计算机模拟是必须的重要工具。通过使用捕捉现实世界复杂物理现象的数学模型，科学家和工程师可以验证理论，对成本过高的试验或过于复杂的理论分析进行模拟计算。在过去的半个世纪里，为超级计算机变得更快、更强大，这种模拟变得更加准确和有效。然而，近年来再好的计算机体系结构始终不能很好满足处理极复杂设计优化和相关问题所需要的模拟处理能力的需求。
为了应对这一挑战，DARPA发布广泛机构公告（BAA），宣布了高效科学仿真加速计算（ACCESS）计划。该方案来自于2015年发布的新型混合计算的概念。
一个标准的计算机集群配备有多个中央处理单元（CPU），每个编程解决问题的一个特定部分。这种常规设计不适于在大规模的仿真计算，如复杂流体动力学和等离子体的仿真。一些关键的偏微分方程用于表达出如移动，扩散和平衡等基本物理原理。但是由于涉及研究问题大范围物理参数和空间尺度的动态变化，这些方程不能被分解打乱，由独立的CPU处理。专为这种方程组系统而设计的处理器可以使设计、预测和发现形成革命性的、全新的仿真能力。
DARPA项目经理文森特·唐表示：“现在的超级计算机面临着物理系统信息与二进制信息形式之间转换的瓶颈。我们将探讨是否有更好的办法解决多尺度偏微分方程描述复杂物理系统的问题（如在等离子体和流体动力学遇到的问题）。ACCESS计划的目标是开发新的混合计算架构，通过可扩展的方式来模拟这些复杂的系统，使桌面级计算机可以实现上万亿次或更高的计算能力，并能够有效地用于仿真计算应用”。
作为新计划的一部分，DARPA对过时的模拟计算方法产生了兴趣，认为其可能是解决方案的一部分。模拟计算机通过操作不断变化的数值，而不是离散化测算来求解方程，已经存在了一个多世纪。但在20世纪50年代和60年代，基于晶体管的数字计算机在大多数问题的求解更加高效，所以模拟计算机逐渐被淘汰。然而，它们并没有被遗忘。对于那些数字处理器难以解决的动力学问题，模拟处理器具有更大的优势和应用潜力，这已经在近期的技术突破得到了展现（如微机电系统、光学工程、微流控、超材料的发展，甚至使用DNA作为计算平台等）。可以想象，据DARPA所说，如果这些新型的“计算基材”可整合到现代计算机体系结构中，将大大超过现代的CPU在处理某些专门问题的性能。
文森特·唐说：“今天，我们需要一个占满整间屋子的超级计算机来进行仿真计算，可能需要几个星期或几个月才能够得到结果，通过ACCESS计划，我们将获得可以在几个小时内解决复杂物理系统等大型问题台式计算机。”
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