揭秘超算Aurora，如何打造一台超级计算机？

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是什么让一台简单的计算机变成了超级计算机？

一台乐器就能发出声音，但要演奏出一曲交响乐则需要整个管弦乐队的合作。

类似地，一台计算机可以进行计算，但数千台计算机联网在一起，可以创作“数学音乐”，模拟整个宇宙的动态。

迈克·帕普卡教授表示，地球上最快的机器之一——阿贡国家实验室的 Aurora 超级计算机也存在同样的情况。

阿贡国家实验室领导计算设施主任帕普卡说：“它做数学运算的速度非常快。现在，你的笔记本电脑可以做数学运算。只是它能做的数学运算规模不同。”

是什么将一台普通计算机变成了一台超级计算机？根据帕普卡的说法，答案是网络——将大规模处理器连接起来。作为例子，他谈到了逐条模拟整个芝加哥市。

“因此，我必须通过网络高速传达每条街道上发生的事情，”帕普卡说。“因此，如果我要处理像整个芝加哥市这样复杂的事情，我会有很多街道，有很多处理器，我该如何将它们连接在一起，而网络就是将这一切连接在一起的。”

Aurora 不是阿贡国家实验室的第一台超级计算机，但却是性能最强大的。它总共有 160 个机架，每个机架高 8 英尺，排列成 8 排，所有机架都通过 300 英里长的电缆连接。这些电缆足以从芝加哥延伸到圣路易斯。

“这实际上是系统可以执行的操作数，”他说。“Aurora 每秒能够进行一千万亿次计算，”帕普卡说。“这是一个 10 后面跟着 18 个零，也就是一百万万亿。”

帕普卡说：“可以这样想，如果地球上的每个人都在做数学题，每秒做四道题，每天 24 小时，每周 7 天，持续一年多一点的时间，那么这就是 Aurora 在一秒钟内所能做的事情。”

奥罗拉核电站如此之大，以至于美国能源部专门为它建造了一座最先进的建筑。它占地 10,000 平方英尺，相当于两个完整的 NBA 篮球场。它的重量为 600 吨，与奥黑尔国际机场最大的客机一样重。

“一切都是相互连接的，所以它实际上并不比你的笔记本电脑更复杂，但事实上你连接了一百万台笔记本电脑，”帕普卡说。

维持 Aurora 运行需要 60 兆瓦的电力，足以为多达 25,000 户家庭供电。工程师们已经想出一种方法来防止机器过热：44,000 加仑的水流过白色管道，冷却计算机的效率比风扇更高。

每个机架装有 64 个“刀片”或“节点”。每个节点有两个中央处理器或 CPU 和六个图形处理器或 GPU。

他说：“GPU（图形处理单元）就是你在家用游戏机、PS2、X-Box 360 中发现的设备，但它们非常擅长数学运算。”

这些 GPU 集群使 Aurora 成为世界上最快的人工智能系统，可以用来模拟从单个原子结构到整个宇宙结构的一切。

帕普卡说：“它的设计主要是为了支持人工智能，而这正是科学和计算领域正在发生的有趣的事情。”

该计算机用于“开放科学”，这意味着任何人都可以申请使用它——条件是他们的研究成果必须公开——从而扩展全人类的知识。

而解决问题的能力几乎是无限的。

同一校园内还有世界上最强大的X射线机 - 先进光子源，来自世界各地的科学家正在这里努力识别对生命至关重要的复杂蛋白质的结构，并开发救命的药物。

康奈尔大学研究员凯·佩里说：“我们利用 X 射线，将其照射到蛋白质晶体而不是玻璃上，然后就能看到这些蛋白质的三维结构。”

一旦他们收集到原始数据，他们就会使用 Aurora 在几分钟内（而不是几个月）对其进行分析。

“它让解决问题的速度快了很多，”她说。“计算时间大大缩短，从而更快地取得突破。”

科学家们已经开始使用超级计算机来模拟那些在现实生活中过于昂贵或过于危险的实验。这可能会导致人类健康、工程、金融、国家安全和灾难预测等领域的突破。

“前几代机器，如 MIRA（早期的阿贡超级计算机）无法将所有事情同时完成，所以如果你想要所有反应的部分，你需要将它们作为单独的模拟，而现在有了极光类型的系统，你就可以开始将它们结合在一起，”帕普卡说。

超级计算、量子物理和人工智能的结合都是州长 JP Pritzker 将伊利诺伊州打造为美国领先科技中心的愿景的一部分。

普利兹克说：“如果你不关注量子和人工智能，你就不可能拥有具有前瞻性和创新性的经济，而这正是我们所拥有的。”

https://wgntv.com/news/cover-story/inside-the-awe-inspiring-aurora-supercomputer-at-argonne-national-lab/

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