5.超级计算机性能发展趋势展望

    如图21所示，我们列出来过去15年TOP500第500名系统（入门级性能）、第1名系统（最高性能）及总体性能的发展趋势。很显然，这三类性能的发展都是呈现出一种指数级的增长态势。注意，左侧的刻度指标取的是对数值。 

    如果我们把TOP500的发展趋势和摩尔定律进行比较的话，我们会发现，摩尔定律是假定每18个月微处理器的性能会增加一倍，而实际上，TOP500的增长速度更快——大约每14个月，TOP500的总体性能会增长一倍，第一名的系统则是将近每13个月翻一番，即便是最后一名系统的性能也是不到13个月就会增加一倍。其性能增长更快的原因主要来自两个方面：处理器性能和处理器的使用数量。

    另外，我们注意到，对于第一名的系统和第500的系统来说，其发展曲线是不同的：第一名系统的性能增长呈现一种阶梯状的形态。一旦某一套系统取得了第一名的位置，它会在未来几期TOP500榜单中维持这一地位。早期的“Numerical Wind Tunnel – NWT”、Intel的 ASCI Red是这样，后来的“Earth Simulator”（地球模拟器）也是如此——它从2002年6月到2004年6月都位居第一位。从2004年11月开始，IBM位于LLNL的BlueGene/L开始占据榜首，经过几次升级扩展后，它目前仍然是第一名。

    假设我们把笔记本电脑的性能也放进来考虑的话，我们会发现，它的性能现在已经达到了7 Gigaflop/s，在过去3年里，增长了10倍。对于性能够强劲的笔记本电脑来说，这意味着到2014年，每秒1万亿次运算的笔记本电脑就会出现，距离第一台万亿次系统ASCI Red进入HPC领域不到18年。 

    一般而言，对任何一套系统来说，从第一名落到第500名要经历6-8年的时间，而再落到跟笔记本电脑一般水平，要经过8-10年的时间。

    Linpack突破千万亿次每秒（Petaflop/s）极限会在2008年实现。抢夺TOP500排行榜第一名的第一套千万亿次系统是IBM的RoadRunner ，安装在洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）。但按照上述我们提到的这个速度，到2015年，也就是8年后，TOP500排行榜中将全部是千万亿次系统。我们预测第一台Exaflop/s（1Exaflop/s等于100万Teraflop/s）计算机也将在2019年出现在TOP500上。相信在此一年后2020年，就会出现第一台运算性能达到100万亿次每秒的笔记本电脑。

    因此，系统性能发展的规律看起来是每11年增长1000倍：Cray 2在1986年突破了Gigaflop/s门槛；Intel的 ASCI Red在1997年跨过了Teraflop/s大关；2008年第一台Petaflop/s也将进入TOP500排行榜；根据我们的预测，Exaflop/s的系统将在2019年出现。