自1976年美國克雷公司推出了世界上首台運算速度達每秒2.5億次的超級計算機以來，突出表現一國科技實力的超級計算機，堪稱集萬千寵愛於一身的高科技寵兒，在諸如天氣預報、生命科學的基因分析、核工業、軍事、航天等高科技領域長袖善舞，讓各國科技精英競折腰，目前，各國都在著手研發億億級超級計算機。

研製億億級超級計算機勢在必行

據英國廣播公司（BBC）近日報道，美國國防部高級研究計畫局（Darpa）正在緊鑼密鼓地研製億億級（exascale，10的18次方）超級計算機，該計算機每秒能夠進行億億次（exaflop）浮點運算，其運行速度將是目前世界上運算速度最快的計算機Jaguar（美洲豹）的1000倍左右。Darpa在聲明中指出，該研究計畫的最終目標是「讓計算機徹底改頭換面」。

據BBC報道，目前，美國能源部橡樹嶺國家實驗室的超級計算機Jaguar的運算速度為每秒1.75千兆次（petaflop，1千兆次即每秒進行10的15次方次浮點運算）。

Darpa已經授權英特爾公司、英偉達公司、麻省理工學院、桑迪亞國家實驗室等攜手打造該超級計算機，Darpa預計原型機將於2018年研製成功。

Darpa表示，新超級計算機主要用於分析軍事設備和傳感器產生的海量數據。新研究項目名為「普適高性能計算（UHPC）」，旨在衝破摩爾定律的藩籬。

另據英特爾公司的網站報道，英特爾將聯合法國研究機構，建立歐洲Exascale研發中心，共同研發exaflop級別的超級計算機。

另外，早在2006年，日本文部科學省就開始致力研製新一代超級計算機，希望於2012年率先研製出億億級超級計算機，預定的研發費用為1230億日元。

讓超級計算機的運算速度達到每秒億億次不僅僅是計算機發展史上的一個里程碑，它也將讓很多學科躍上新的高度；讓科學家和醫生更好地理解海量數據；讓科學家研發出新的技術來使雲計算達到一定的規模，使龐大的分佈式計算機能夠模擬現實；幫助研究人員創建三維立體可視圖像而非視訊遊戲來運行無窮無盡的假定推測情景，以此增加細節的精確度，正如電影《星際迷航系列》中的「全息甲板」等。

而且，億億級超級計算機系統也將在高清晰氣候模型的設計和製造、生物能源產品的研製、智能柵格的研發以及熔解能源的設計等方面大顯身手。

降低能耗和改進軟體設計是關鍵

億億級超級計算機的能耗成為研究人員關注的焦點，IBM公司深度計算部門的副總裁戴夫·特瑞克在超級計算機大會上表示，Jaguar超級計算機耗能7兆瓦。一台只配置中央處理器處理核心的億億級超級計算機耗能約20億瓦特，相當於一個中等規模的原子能核工廠的耗能，降低能耗將成為研究人員考慮的要點。

據BBC報道，美國軍方授權研製新一代超級計算機的廠商也需要研製出一種全新的節能芯片，以減少超級計算機的能耗，也有公司考慮使用將加速器與中央處理器相結合的混合方式來達到降低能耗的目的。布蘭德強調說，使用加速器是實現億億級計算機可行性戰略的關鍵所在，應用軟體可以利用加速器來首先邁進億億級計算的「大門」。另外，有專家認為，億億級超級計算機系統的核心處理器的數量大概在1000萬到1億個之間。特瑞克強調說，運行這麼多核心的系統有可能頻繁出現故障，必須採取更加靈活有效的方式來重新設計解決這些問題的應用工具。

有鑒於此，美國軍方正在著力研發全新的計算架構和編程模式，解決傳統計算架構遭遇的能源使用問題和計算擴展限制問題。Darpa指出，新超級計算機系統比現有系統「能效高100倍至1000倍，而且性能更高，並且相應的軟體編程也比現有的超級計算機系統更容易」。

也有研究人員提出，讓超級計算機的設計盡可能簡單是關鍵，目前的很多超級計算機設計都很簡單，比如，IBM公司的「紅杉」超級計算機的大小只有一個上網本的一半，而且也沒有暴露在外面的電線。

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室先進技術部門助理副主管馬克·西格也強調說，設計簡潔是關鍵，億億級超級計算機的部件可能比目前的超級計算機要少，IBM公司的藍色基因L超級計算機（Blue Gene/L）嵌制了動態隨機存儲器、電壓調控模組以及千兆位以太網，但是，其設計也非常簡潔。

新一代超級計算機的成本可能非常高，目前的超級計算機的成本高達1億美元，即使exascale級超級計算機能夠進行工業化的生產，其成本可能為10億美元左右，這可是一筆巨大的投資。