2021年，美国一家位于伊利诺伊州的政府实验室将接收到美国最快的超级计算机，也是第一台达到所谓“百亿亿次级”处理水平的机器。这款名为“极光”的庞大机器将落户阿贡国家实验室，能够完成模拟复杂系统、运行人工智能和进行材料科学研究等任务。
那么，超级计算机的意义何在？汽车碰撞测试等实验成本高昂、复杂，有时甚至危险。然而，超级计算机的模拟允许研究人员在虚拟环境中进行这些测试，并追踪和改变无数变量的演变。一些超级计算机甚至可以模拟核爆炸，而这最好在虚拟世界中完成，而不是在现实世界中。
还有能源研究：研究人员可以使用“极光”测试风力涡轮机叶片的设计。与制造多个不同版本的实际叶片并观察其性能相比，超级计算机可以模拟实验，这要快得多，成本也低得多。或者，考虑气候研究。“你无法把整个世界装进一个实验室的瓶子里，然后看看如果我们在能源政策上这样做、那样做或那样做会发生什么，”制造“极光”的公司之一Cray, Inc.的首席技术官史蒂夫·斯科特说。
将强大的超级计算机视为一种将世界放入数字瓶子的虚拟方式。以下是关于“极光”的更多数字信息。
第一
2021年，“极光”上线时，预计它将成为国内最顶尖的机器。“它的目标是在建成时成为美国最快的机器，”英特尔公司研究员艾伦·加拉表示，该公司也参与了新机器的开发。当然，美国并非唯一投资超级计算机的国家。目前，第三快的机器在中国，早在2017年11月，最快的两台超级计算机都来自中国，其次是瑞士和日本。“这有点像一场竞赛，而且有充分的理由——这些已经成为国家在某些方面竞争的工具，”加拉说。简而言之，如果“极光”在某个时候成为世界上最快的，那么假设它不会永远保持这个位置是安全的。
每秒百亿亿次运算
“极光”每秒能够进行百亿亿次运算——也就是十亿的十亿倍。写出来就是：1,000,000,000,000,000,000。在超级计算机甚至一些普通计算机芯片领域，性能以FLOPS（每秒浮点运算次数）衡量。这些运算就是复杂的数学方程——例如将两个长数字相加或相乘——这些方程允许计算机处理手头的任务，比如在屏幕上渲染图形或运行复杂的模拟。
每秒百亿亿次运算的能力使“极光”成为一台百亿亿次级机器，这意味着它每秒能够解决1,000,000,000,000,000,000个复杂的数学问题。
目前顶尖的超级计算机的计算能力是以Petaflops（千万亿次浮点运算每秒）为单位的。位于橡树岭国家实验室的一台名为Summit的庞大机器，峰值计算能力可达200 Petaflops——“极光”的性能应是其五倍。回溯到20世纪90年代末，超级计算机的计算能力只有Teraflops（万亿次浮点运算每秒）。（从历史上看，芯片和晶体管变得越来越小、越来越快。）
“目前地球上最快的超级计算机大约是200 Petaflops，所以它的速度是前者的五到十倍，”Cray的总裁兼首席执行官彼得·昂加罗说。“这是在很短的时间内性能和能力的巨大飞跃。”
十亿台笔记本电脑
如果假设一台典型的笔记本电脑每秒能进行十亿次运算，那么“极光”就相当于十亿台连接在一起的笔记本电脑。“这是一个惊人的数字，”英特尔的加拉说。当然，“极光”的运行效果会比十亿台笔记本电脑连接在一起要好得多，因为超级计算机还需要以智能的方式布线，以确保组件高效互联，更不用说其他实际问题，比如确保硬件进行液冷。“这才是真正区分超级计算机和仅仅是一堆十亿台笔记本电脑的关键，”他说。
作为另一个参照点，Xbox One X目前是市场上最快的游戏主机。它的计算能力大约是6 Teraflops。
超过200个机柜
超级计算机不是一个巨大、单一的机器放在空房间的中央。相反，它们的硬件分布在机柜中。“极光”将需要超过200个这样的机柜，根据Cray的数据，每个机柜大约宽4英尺，深超过5英尺，高超过7英尺。由于机柜之间需要留出一些空间，因此该系统的总占地面积至少需要6400平方英尺。这意味着“极光”计算机至少需要比篮球场更大的空间。
每个机柜都会产生大量热量，但Cray公司表示，由于采用了液冷技术，它们可以将每个机柜保持凉爽，使其能够以四分之一兆瓦的功率运行。
200千兆比特
由于每个机柜内的计算节点以及机柜本身需要相互连接，交换机和铜缆及光纤电缆将对它们进行网络连接。每个机柜有多个交换机，每个交换机包含64个端口。当数据从交换机流向交换机时，其速度可达每秒200千兆比特。想象一根光纤电缆从一个机柜上的交换机延伸到另一个机柜，数据可以以每秒200,000兆比特的速度传输。（相比之下，Netflix表示，您需要5 Mbps的互联网连接才能流式传输高清电影，或25 Mbps才能流式传输4K电影。）
斯科特说，每个节点与交换机的连接“跳数”少于三次。
最终，所有关于Teraflops、Petaflops和Exaflops的讨论都是计算机科学家用来描述机器能力的基准。“这些只是任意的里程碑，”斯科特说。“当然，挑战在于不断突破前沿。”
