美國領(lǐng)先的研究機構(gòu)和計算機制造商正在合作建造一些世界上最快的超級計算機，這些超級計算機是每秒能夠執(zhí)行超過10億次操作的億億級系統(tǒng)。十億億(也稱為五十億或10 18)大約是一千萬個人類大腦中神經(jīng)元的數(shù)量。

當(dāng)今最快的超級計算機可以在petascale上解決問題，這意味著它們每秒可以執(zhí)行一次以上的四千萬次運算。從最基本的意義上講，百億億億美元級的速度和功能要強大1000倍。擁有這些新機器將更好地使科學(xué)家和工程師能夠回答有關(guān)宇宙，先進醫(yī)療保健，國家安全等方面的難題。

同時，系統(tǒng)的硬件也將集成在一起，將在它們上運行的應(yīng)用程序和軟件也將集成在一起。開發(fā)它們的許多研究人員-美國能源部(DOE)的百億億次計算項目(ECP)的成員-最近發(fā)表了一篇論文，重點介紹了迄今為止的進展。

美國能源部的阿貢國家實驗室(將來成為Aurora百億分之一系統(tǒng)的所在地)是ECP的主要合作伙伴;它的研究人員不僅參與開發(fā)應(yīng)用程序，還參與共同設(shè)計使應(yīng)用程序有效運行所需的軟件。

以極限比例計算天空

一種令人興奮的應(yīng)用程序是開發(fā)代碼，以按需且以高保真度有效地模擬“虛擬宇宙”。宇宙學(xué)家可以使用這樣的代碼來研究宇宙如何從其早期開始演化。

尤其需要高保真模擬，因為要在多個波長下進行更大范圍的天空巡天，引入越來越多的數(shù)據(jù)層，而這些數(shù)據(jù)是現(xiàn)有的高性能計算(HPC)系統(tǒng)無法充分預(yù)測的。

通過一個稱為ExaSky的ECP項目，研究人員正在擴展兩種現(xiàn)有的宇宙學(xué)模擬代碼的功能：HACC和Nyx。

Argonne計算科學(xué)部門主管Salman Habib說：“我們故意選擇HACC和Nyx是因為它們有兩種不同的方法來解決相同的問題。” “當(dāng)您解決一個復(fù)雜的問題時，事情可能會出錯。在那種情況下，如果您只有一個代碼，就很難看出問題出在哪里。這就是為什么您需要另一個代碼來與結(jié)果進行比較的原因。”

為了利用百億億美元級的資源，研究人員還在其代碼中添加了以前不存在的功能。直到現(xiàn)在，他們還不得不排除一些與宇宙詳細結(jié)構(gòu)的形成有關(guān)的物理學(xué)。但是現(xiàn)在，他們有機會進行更大，更復(fù)雜的仿真，并結(jié)合更多的科學(xué)投入。