全球各地的多台超级计算机系统已经超越了1PFLOPS（每秒一千万亿次浮点运算）的大关，下一个目标就是Exascale系统（1000PFLOPS，每秒一百亿亿次）。上周举行的SuperComputing 2010高性能计算大会上，NVIDIA首席科学家William Dally就预览了他们在这一领域的研发成果，一颗面向Exascle级别超级计算机的芯片，代号Echelon。
该项目属于美国国防部下属DARPA（国防高级研究计划署）的“普及高性能计算计划”。计划的目标是在2014年提供一台原型机架式服务器，功耗不超过57KW，性能达到1PFLOPS。下一步则是到2018年，建成达到Exascale性能的原型系统。
目前，竞争这一项目的有来自NVIDIA、Intel、麻省理工学院和Sandia国家实验室的四组团队。William Dally在会议上表示，NVIDIA的主要着眼点是提升每瓦性能，并提供可以打造从Tegra到Tesla的各种产品的通用架构。他们计划在芯片内集成256MB SRAM，并尽量降低SRAM缓存延迟。
为了进一步降低功耗，NVIDIA团队引入了根据不同应用需要的动态配置设计。目前，他们已经将每次浮点运算的功耗从Fermi架构的200皮焦，下降到Echelon 32nm试验架构下的10皮焦。
当然，目前Echelon还只是停留在设计图纸和计算机模拟阶段的概念产品。其架构包括128个流式多处理器单元（SMU），每个SMU包含8个64-bit浮点运算核心（每个核心在一个时钟周期内可进行4次双精度浮点运算）。根据估算，1024个核心的Echelon芯片运算能力在10TFLOPS左右。而该芯片的手机版本将只有一组SMU，8个核心，双精度浮点运算能力78MFLOPS。
和目前的架构相比，Echelon 1024个流处理单元的数量是Fermi的两倍，而且其核心在一个时钟周期内可进行4次双精度浮点运算，现有架构只有1次。
和x86多核心处理器遇到的挑战一样，在1024核芯片上编程的难度可想而知。Dally承认在编程模型方面大家肯定会遇到海量的问题，而解决这些问题将成为未来10年甚至更长时间中的主要工作。
