美國國家超級計算套用中心

國家超級計算機套用中心（National Center for Supercomputer Applications，簡稱NCSA），這是美國最大的公共超級計算機機構，始建於1985年。

基本介紹

• 中文名：美國國家超級計算套用中心
• 外文名：National Center for Supercomputer Applications
• 簡稱：NCSA
• 始建於：1985年

簡介

國家超級計算機套用中心（National Center for Supercomputer Applications，簡稱NCSA），這是美國最大的公共超級計算機機構，始建於1985年。

國家超級計算機套用中心是坐落在厄巴納市尚佩恩縣（Urbana-Champaign ）的伊利諾伊大學的一個研究中心。NCSA 作為美國國家科學基金會(National Science Foundation)的一部分，成立於1985 年，以NCSA Mosaic(第一個圖形Web 瀏覽器)和NSCA Telnet （常用的遠程控制Web伺服器的方法）而聞名。

國家超級計算套用中心（National Center for Supercomputing Applications，NCSA）是美國國家科學基金會按照其超級計算機中心計畫最早設立的四個箇中心之一（另外三個是聖地亞哥超級計算機中心、匹茲堡超級計算機中心和新近成立的德州高級計算機中心。），它是伊利諾伊大學香檳（尚佩恩縣）分校的一部分。1983年該校的電腦系的一個由拉雷·斯馬爾領導的小組向國家科學基金會交遞了一份未經批准的建議。1985年國家科學基金會宣布出錢設立國家超級電腦套用中心。1986年1月該中心的首台超級電腦啟用。一開始國家超級計算套用中心的職工的辦公室分布在伊利諾伊大學香檳分校的各地，主要在貝克曼研究所的建築中，後來才建造了一座新建築，將所有部門集中到了這座新建築中。這座新建築位於校園的本部，而中心的超級電腦則依然放在該校高級計算中心的建築中。國家超級計算套用中心與其它大學、高等院校、政府機關、私有公司、社群和學校合作來發現能夠對這些機構有益的虛擬信息基礎設施。它獲得國家科學基金會、伊利諾州、伊利諾伊大學、工業界和其它聯邦機構的資助。廣義地說國家超級計算套用中心有提供虛擬信息資源、設定虛擬信息環境和改進電腦系統的任務。

計算能力

NCSA有多台超級計算機，其中一些名列全球超級計算機Top500排行榜之列。　2010年的世界500強超級計算機名單其中就有5台出自NCSA。

NO.8：Abe - 2007 - 90TFlops

NO.47：T3 - 2006 - 22TFlops

NO.90：Tungsten－ 2003 － 16.4TFlops

NO.160：Mercury － 2004 － 10.2TFlops

NO.246：Cobalt－2005 － 6.55TFlops

在理論上，NCSA的最大總運算能力是146TFlops。但由於網路和存儲空間的變化，運算能力也會時有不同。但簡而言之就是，高端多核心計算機需要花數天才能完成NCSA一秒鐘的運算量。 我們計算過，NCSA的原始計算能力大約是高端計算機的37,000倍。從理論上說，如果要家用電腦完成NCSA在2.37秒內完成的運算量，預計得要1整天的時間。簡單來說，超級計算機與普通家用電腦的主要區別就是巨大的記憶體和硬碟容量、以及網路運行能力。 其實，超級計算機已經給整個產業和研究帶來許多益處。目前整個產業所面臨的問題越來越多，因此就需要更強大的處理能力來解決這些問題。現在我們發現問題的能力要遠遠高於解決問題的能力。但未來幾年內，運算能力有望提高至10PFlops，這將是目前超級計算機運算能力的10倍。

歷史沿革

NCSA從一個名叫“油化大樓”的地方起家。至今這棟大樓還保持著上世紀60年代的樣子，外表上看，它十分不合當今的潮流。但就是從這棟大樓里誕生了許多今天還讓我們津津樂道的偉大發明。NCSA的Mosaic網路瀏覽器被後來人效仿。YouTube的創始人之一曾經在這個大樓里獲得了數據共享的靈感。還有許多業界的傳奇人物曾在這裡工作過。

圓圓的房子就是NCSA起家的地方

NCSA的早期歲月十分艱難。由於當時超級計算機還屬於新生事物，未引起公眾的關注，因此NCSA十分缺乏運作資金。同時，NCSA還受到舊的技術觀點的打壓而經常處於被動地位。但在第一台Cray X-MP/24超級計算機問世後，許多持懷疑論的人逐漸改變了他們錯誤的觀點。其實，目前的許多桌面式電腦在性能、記憶體、硬碟容量方面都遠遠高於原始Cray超級計算機。換個角度想想，在Cray計算機問世20年後的今天，我們每個人都擁有了在當時看來牛到極點的超級計算機。

另外值得一提的是，NCSA還是網路瀏覽器的發源地。Marc Andreesen曾在NCSA工作過，期間他獲得了大量與Internet接觸的機會。後來他開發出了一個代號為“Mosaic”的網路瀏覽器，並寫出了更為大家熟知的“Netscape”瀏覽器。

位於NCSA樓前紀念Mosaic網頁瀏覽器的紀念碑

內部結構

建築

NCSA以前有7棟大樓，後來建成了兩棟更大的大樓，把300多名員工集中在了一起，其中包括負責軟體研發、測試、驗算和分析的員工。另外在數據計算出來以後，還需要經過由Donna Cox領導的高級可視化部門（Advanced Visualization）的處理。該部門負責製作出3D模組，並用一種更切行的方法來進行研究。從外面看，我們根本不知道NCSA的大樓里到底發生了什麼。只有一個“高級計算大樓（Advanced Computation Building）”的標誌透露了一點點玄機。要想進入大樓，就要先通過大樓外部的安檢。安檢處有音視頻設備、鍵盤、卡掃瞄器等。進入大樓以後，可以通過一樓的樹脂玻璃電梯到其他樓層。從2樓出來就是在主控制室的後面，在這裡可以監控每一個單獨的處理器。

散熱

NCSA採用了一個十分酷的散熱系統。它有四個空氣冷卻器組成，每一個都有12英尺高、20英寸寬、30英寸長。每一個散熱系統里都有一整牆的空氣冷卻器、一個熱交換器、一個排氣孔。從排氣孔排除的熱氣達到50華氏度。

防火

NCSA為每一台超級計算機配備的防火系統都是水冷型的。原來他們一直認為海龍滅火系統是最好的選擇，但隨著設備的不斷增加，然後發現海龍系統對環境的影響很大，價格昂貴且需要一個專用的通氣裝置。後來就改用了簡單實用的水滲透防火控制裝置。每一條水管的直徑大約是18英寸（約46厘米），每分鐘水的流量有好幾百加侖。除了水滲透滅火裝置外，還有好幾個煙火感測器，一旦有地方冒煙，桔紅色的PVC水管就會識別。

電力供應

NCSA的每一棟樓都需要至少1.7兆瓦特的電力。NCSA有兩個UPS裝置，可以保證在停電的情況下繼續運行15分鐘。而且供電系統永遠不會停電。

故障情況

對於任何一個企業或科研機構來說，平均故障時間（MTBF）都是決不容忽視的大事。其負責人解釋說，“假設只有一個燈泡，它的壽命是多長？如果你有兩個燈泡，其中一個可以用多長時間？如果你有100個、1000個、10000個甚至更多燈泡，他們的使用時間又有多長？現在的超級計算機已經有多個處理器，如果這些處理器出問題，我們的工作就是要發現故障，然後把影響降到最低。”

提供的服務

NCSA其實是一個開放社區，也就是說，如果有需要，你或我或他都可以使用他們的設備。NCSA是美國四大開放專業機構之一，並且也擁有一些小的實驗室和工作場所。NCSA的工作人員都在為解決用於未來新型家庭設施的處理器可能出現的問題而努力研究。這樣的處理器大約有10萬個（超過40萬個核心）。NCSA推動著全球硬體和軟體的高速發展。目前在NCSA大約有20個團隊在為明日可能出現的問題晝夜不停的工作著。正是由於NCSA的存在，才有了網路瀏覽器、更快的乙太網、更便宜的纖維光學、更大的記憶體和硬碟、更快的處理器、更低的功耗……。

開銷與經費

NCSA會在哪些地方花錢呢？除了電腦、網路、硬碟、記憶體、散熱設備需要花錢外，NCSA還支付存放超級計算機的場地費用、維護費、好幾百人的工資等等。我們單說工資好了。假設平均每一個技術人員每年的薪水是7萬美元，NCSA一年的人力成本就要超過2000萬美元。 NCSA花在設備運行上的費用是以每小時數千美元計算的，也就是說每個處理器每小時的維修費是1美元。貴嗎？太不貴了。因為與上世紀80年代每個處理器每小時的維修費達到1000－1800美元相比，已經便宜到可以忽略不計了。

另外，NCSA每年的電費大約是150萬美元，也就是說每秒的電費是3美元，其中66%花在散熱系統上，33%花在計算機上。

NCSA主要由伊利諾斯州大學和美國國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）共同贊助。但NCSA有許多不同的項目，因此贊助的資金要怎么分配就完全取決了該項目的價值了。

部分項目

Mosaic

Mosaic是世界上第一個圖像化的網頁瀏覽器程式，它是國家超級電腦套用中心的馬克·安德里森和埃里克·拜納寫的，它對全球資訊網和網際網路的普及和成長起了巨大的作用。後來安德里森和拜納兩人又開發了網景導航者瀏覽器。Mosaic的權利後來轉給了望遠鏡娛樂公司（Spyglass Entertainment），成為Internet Explorer的基礎。

CGI

CGI是在1993年由美國國家超級電腦套用中心（NCSA）為 NCSA HTTPd web 伺服器開發的。這個WEB伺服器使用了 UNIX shell 環境變數來保存從Web伺服器傳遞出去的參數，然後生成一個運行CGI的獨立的進程。

Apache

Apache起初由伊利諾伊大學香檳分校的國家超級電腦套用中心（NCSA）開發。

視覺部門

視覺中心曾經為多家電影製作機構進行渲染以及複雜運算處理，大量IMAX高解析度的電影在此進行渲染與處理，其中以Cosmic Voyage（宇宙旅行）這部短片著名。

“藍水”計畫

2012年1月，美國伊利諾伊大學國家超算套用中心（NCSA）新的“藍水”千萬億次級可持續超級計算機完成早期科學系統——裝機48櫃的Cray XE6超算系統，規模約占整個“藍水”系統的15%，剩餘的部分將在未來數月內建成。世界各地挑選出來的科研團隊將開始在各個領域使用該早期科學系統。同時，Cray公司和NCSA的團隊也將使用早期科學系統來為整個“藍水”超級計算機的運行做好準備。

“藍水”預計是世界上最強大的超級計算機之一。使用該系統，科學家們將在近乎所有科研領域中取得突破。例如解釋病毒如何感染細胞；了解大爆炸後宇宙如何演變；在原子和複合物水平設計新材料；預測颶風和龍捲風的行為；模擬全球氣候變化產生的影響等。