人工智慧便是超級計算機的一種體現。

就說我們就醫來說，2004年時任美國總統的布什頒佈了一項政令，制訂了在2014年之前實現全美電子醫療記錄的目標。

自從實施了H1TECHAct法案越來越多醫療保健公司，從Fitbit或其他網路收集資料，使越來越多人在網上獲取資訊，評估病情，從而決定是否需要就醫。

超級計算機以後會幫人類在各個領域中展現出強大的幫助，使我們生活，娛樂，出行，便得更加方便。

超級計算機指能夠執行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦，其基本組成元件與個人電腦的概念無太大差異，但規格與效能則強大許多，超級計算機正在載入超級計算機。

超級計算機是一種超大型電子計算機。具有很強的計算和處理資料的能力，主要特點表現為高速度和大容量，配有多種外部和外圍裝置及豐富的、高功能的軟體系統。常是指由數百數千甚至更多的處理器（機）組成的、能計算普通PC機和伺服器不能完成的大型複雜課題的計算機。超級計算機是一個國家科研實力的體現，它對國家安全，經濟和社會發展具有舉足輕重的意義。

超級計算機是一個相對的概念，一個時期內的巨型機到下一時期可能成為一般的計算機；一個時期內的超級機技術到下一時期可能成為一般的計算機技術。現代的超級計算機用於核物理研究、核武器設計、航天航空飛行器設計、國民經濟的預測和決策、能源開發、中長期天氣預報、衛星影象處理、情報分析和各種科學研究方面，是強有力的模擬和計算工具，對國民經濟和國防建設具有特別重要的價值。

國際ＴＯＰ５００組織１７日公佈了最新全球超級計算機５００強排行榜榜單，中國國防科學技術大學研製的“天河二號”以每秒３３.８６千萬億次的浮點運算速度，成為全球最快的超級計算機。

技術發展

一般認為，自1946年第一臺電子計算機ENIAC問世至今，超級計算機的發展已先後經歷了5個階段或5代，即早期的單處理器巨型機、向量處理系統、大規模並行處理系統、共享記憶體處理系統和機群系統。

渦輪式刀片計算機正在載入渦輪式刀片計算機

1964年誕生的CDC6600被公認為世界上第一臺超級計算機，其運算速度為1MFLOPS.70年代初研製成功STAR-100向量機，這是世界上最早的向量機。隨後於1974年，誕生了世界上最早的SIMD陣列計算機--ILLIAC-IV並行機。

1976年，CRAY公司推出CRAY-1向量機，開始了向量機的蓬勃發展，其峰值速度為0.1Gflops. 向量機處理對提高計算機運算速度十分有利，有利於流水線的充分利用，有利於多功能部件的充分利用，但由於時鐘週期已接近物理極限，向量計算機的進一步發展已經不太可能。

就在傳統向量機逐漸萎縮的同時，應來了大規模並行處理MPP機蓬勃發展的時代。各種新技術層出不窮，大公司也紛紛介入。其中，1996年12月宣佈的ASCI RED,運算速度超過了萬億次/秒。

目前(2011年)新建的超級計算機大都使用機群式結構，只不過在具體採用的節點機型、拓撲結構及互連技術會有所不同。機群式超級計算機系統具有結構靈活、通用性強、安全性高、易於擴充套件、高可用性和高性價比等諸多優點。

按照有關專家和研究人員的構想，與現有第5代的機群系統相比，未來的HPC-G6將具備更高的可擴充套件性、可用性、可持續性、計算密度、可管理性、執行效率和效能功耗比等特徵。更高的可擴充套件性意味著未來的HPC-G6可以更大規模地擴充套件節點數量及其互連頻寬，實現數千甚至上萬個節點的高速互連。更高的可用性和計算可持續性即系統具有高可靠的持續運算能力，更高的計算密度指單個機架空間中將能容納更多的處理單元、具有更高的計算能力，更高的可管理性即能夠採用簡便的操作控制方式實現對整個系統的有效管理。HPC-G6將具有更高的執行效率，並且單位功耗所換取的計算能力，也就是效能功耗比將進一步提升。雖然，HPG-G6目前還只是作為一種概念和構想被提出，但它標誌著人們已經開始準備向著實現更高效能計算的征程出發。

2011年6月21日國際TOP500組織宣佈，日本超級計算機“京”（K computer）以每秒8162萬億次運算速度成為全球最快的超級計算機。

由日本政府出資、富士通製造的巨型計算機“K Computer”目前落戶於日本理化研究所，併成功從中國手中奪回運算速度排行榜第一的寶座。以每秒8162萬億次運算速度成為全球最快的超級計算機。 “K Computer”當前運算速度為每秒8千萬億次，而到2012年完全建成時，其運算速度將達到每秒一萬萬億次。“K Computer”比現居第二的中國超級計算機速度快出約3倍，甚至比排名第2至第6的計算機運算速度總和還要快。

各國發展

美國

美國愛達荷國家實驗室中的“裂變”超級計算機正在載入美國愛達荷國家實驗室中的“裂變”超級計算機

對中國“天河一號”佔據世界第一的說法，美國著名計算機設計師沃利奇表稱，世界不會停止腳步，中國的趕超只是暫時情況。美國在失去“世界最快計算機擁有者”稱號之後，會加大超級計算機方面的研究。有媒體稱，有五個計劃或正構建的超級計算機系統，其運算能力將會超越中國的“天河一號”，這些正建造的超級計算機大多數都集中在美國。美國正在開發的一套名為“藍水”的計算機系統，使用的是IBM公司的Power 7多核處理器，每秒持續運算速度能達1000兆次，最高可達10000兆次。此外，美國橡樹嶺國家實驗室正在研製內建加速器的超級計算機，研製成功後計算能力有望達20千萬億次，預計在2012年研製完成，其速度將近中國的“天河一號”10倍。

2015年4月11日，英特爾被選為主承包商，與超級計算機廠商克雷合作為美國阿貢國家實驗室建造世界上速度最快的超級計算機Aurora。該系統將使用部分此前沒有披露的晶片技術。Aurora是美國政府透過投資保持在超級計算機領域領先地位的最新訊號。超級計算機主要用來完成對計算能力要求極高的任務，例如模擬核爆炸。Aurora將是首款採用由克雷開發的Shasta設計的超級計算機。英特爾將為Aurora提供晶片和其他技術。預計Aurora每秒能完成180萬億次科學計算，是現有類似系統的5-7倍。美國能源部稱，Aurora將向企業和大學的研究人員開放，可能的應用包括開發更高效的太陽能電池和風力發電機，噪音更低的發動機以及更好的生物燃料。

日本

在研發超級計算機方面，日本屬於起步較早的國家之一。自上個世紀90年代起，日本意識到超級計算機研發是提高其國際競爭力的重要一環，不斷推出和更新超級計算機的研發計劃。1999年，日本投入400億日元（約人民幣25億元），開始名為“地球模擬器”的超級計算機研發，旨在透過在計算機內建“虛擬地球”預測及解析整個地球大氣、地殼、地震等活動為目的。2002年，“地球模擬器”成功推出，將一直獨佔鰲頭的美國擠下了“頭把交椅”。之後，由於預算資金削減原因，日本超級計算機的研發目的發生了轉向，原由政府主導型的超級計算機研發政策，開始向產學一體化、為民生提供更多貢獻的方向發展。目前，日本為外界所知的核心專案是10千萬億次級的超級計算機系統，預計2012年問世。

歐洲

美益智節目中超級計算機與人對壘正在載入美益智節目中超級計算機與人對壘

歐洲採取了“化零為整”的聯合手法，共同打造“超超級”計算機。今年6月，投資數億歐元、有20個國家參與的連線多臺超級計算機、每秒速度達百萬兆次的超級計算機合作平臺計劃，在西班牙巴塞羅那啟動。此計劃旨在透過建立一個連線歐洲各種計算資源的基礎設施，增強歐洲的超級計算能力。2010年10月25日，法國原子能委員會舉行了大型計算中心揭幕儀式。大型計算中心坐落在法國北部的埃松省，總面積6500平方米，主要用途就是安放由歐洲多國共同研製的“居里超級計算”，它可進行每秒超過1000萬億次的運算，相當於15萬檯筆記本電腦工作量的總和，將於2011年底正式投入執行。

印度

印度也是世界上為數不多幾個自主擁有超級計算機的國家，它以低廉的成本，研製出了高品質和具備高速運算能力的超級計算機。2007年，全球“超級計算機500強”排行榜中公佈，印度首次有超級計算機打入世界第4位。儘管500強中印度只佔有少數几席，但印度的IT產業為世界所稱道，它依然有強大的潛在實力再造佳績。

衡量指標

這裡介紹的是當前（2011年）主流的超級計算機系統的衡量指標

“神威藍光”的超級計算機正在載入“神威藍光”的超級計算機

機群系統的主要效能指標有峰值速度、實測速度和執行效率等，計算速度一般以計算機系統“每秒執行的浮點運算次數”(Float ingpoint Operations Per Second，Flops)為單位，並定義了擴充套件單位MFlops(百萬次浮點運算每秒)、GFlops(十億次浮點運算每秒)、TFlops(萬億次浮點運算每秒)和PFlops(千萬億次浮點運算每秒)等。

峰值速度

峰值速度透過計算得出，故也稱理論峰值速度， 其計算公式為【理論峰值速度(億次)=節點機每個CPU主頻(MHz)×CPU每個時鐘週期執行浮點運算的次數×CPU總數目/108】。例如，“天河一號”的峰值速度為1206萬億次每秒(TFlops)或1.206千萬億次每秒(PFlops)。

實測速度

用評測軟體對機群系統計算速度的實際測試值，目前國際上通用的超級計算機或高效能計算機評測軟體是《Linpack》——這是一套採用求解線性方程組和特徵值問題的方法來綜合評價超級計算機浮點運算效能的基準測試軟體。實測速度能更客觀地反映系統的實際計算效能，對使用者而言，實測速度比峰值速度更有意義。

執行效率

一般是指超級計算機實測速度與峰值速度的比率。執行效率越高，表明系統具有的處理資源等經過合理的系統設計得到了更有效的發揮。相對於由處理器數量和效能決定的理論峰值速度而言，執行效率顯然是一個能夠更全面、科學地反映超級計算機效能和技術先進性的指標。

應用領域

日本的地球模擬器有“現代水晶球”之稱正在載入日本的地球模擬器有“現代水晶球”之稱

超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、儲存容量最大的一類計算機，多用於國家高科技領域和尖端技術研究，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標誌。超級計算機常用於需要大量運算的工作，譬如天氣預測、氣候研究、運算化學、分子模型、物理模擬、密碼分析等等。

天氣預報

中短期天氣預報主要是根據氣象衛星等觀測的大氣實況資料，透過求解描述天氣演變過程的動力學方程組實現的，這種大規模的數值計算必須由超級計算機完成。例如，在2008年北京奧運會舉辦時，北京市氣象局所購置的IBM Systemp575超級計算機的計算能力是原有系統的10倍，基於IBM Systemp575更高的計算效能，新的天氣預報系統可覆蓋4.4萬平方公里的區域，且能為每平方公里按小時提供天氣和空氣質量預報等。

地球模擬器

日本海洋研究開發機構的“地球模擬器”是一套用於地球大氣迴圈監測和分析、溫室效應預測、地殼及地震監測和預報等大規模計算的向量處理超級計算機系統。

藥品研製

日本的“地球模擬器”超級計算機正在載入日本的“地球模擬器”超級計算機

開發一種新的藥品，通常需要從研製和試驗的很多步驟，一般需要大約15年的時間，而利用超級計算機則可以對藥物研製、治療效果和不良反應等進行模擬試驗，從而將新藥的研發週期縮短3～5年且可顯著降低研發成本。例如，美國基因工程技術公司的研究團隊曾將超級計算機應用於一種致活酶類藥物的研發，在14個月之內從50多萬個化學分子中篩選出兩個候選藥物進行最終合成和臨床試驗，整個過程中真正在實驗室裡合成的分子只有2000個，其餘均用超級計算機模擬完成，僅此就節省了上百倍的時間和成本。

石油勘探

石油勘探大多采用地震勘測的辦法，即在地面進行爆破後，用探測儀器檢測和採集震動反射波的大量資料，利用對這些資料計算、處理和分析結果確定地下儲油位置。石油勘探中大量數值的快速計算、處理和分析，必需由高效能的超級計算機完成。例如，2007年曙光4000L超級計算機就曾在發現儲量高達10億噸的渤海灣冀東南堡油田的過程中發揮了關鍵作用，而其後的曙光5000A超級計算機的應用，則進一步達到了地下數千米的勘探深度。

核爆炸模擬

《全面禁止核試驗條約》的簽訂之後，相關的一些國家開始轉向利用大規模數值計算的方法進行核武器的模擬試驗，以評測核武器的各項效能，這種應用對計算效能有著很高的要求。例如，美國勞倫斯利夫摩爾國家實驗室就曾使用計算速度為360 Tflops的IBM“藍色基因”(BlueGene/L)超級計算機進行過極為逼真的核彈爆炸三維模擬。此外，法國原子能委員會最近也訂購了一臺由布林公司生產的、計算速度為1000Tflops的Tera-100超級計算機，將接替目前的Tera-10超級計算機用於模擬核武器爆炸過程。

中國製造

“天河一號”超級計算機正在載入“天河一號”超級計算機

上世紀90年代初，中國的超級計算機幾乎全是進口產品，科研機構要在外華人的現場監控下使用進口計算機。經過多年的發展，中國逐步探索出了一條適合國情的發展超級計算機的新路子，“中國製造”不斷縮小與發達國家的差距，在一些技術領域甚至處於世界領先地位。入圍世界前500名排名中，中國以41臺機器的佔有數量，超過日本、法國、德國和英國，成為超級計算機的第二大使用國。《紐約時報》稱，中國正在由一個超級計算機領域的“後起者”向“超級大國”轉變。

大事記

1983年，中國第一臺被命名為“銀河”的億次巨型電子計算機在國防科技大學誕生。它的研製成功向全世界宣佈：中國成了繼美、日等國之後，能夠獨立設計和製造巨型機的國家。

1992年，國防科技大學研製出銀河－II通用並行巨型機，峰值速度達每秒10億次，主要用於中期天氣預報。

1993年，國家智慧計算機研究開發中心（後成立北京市曙光計算機公司）研製成功曙光一號全對稱共享儲存多處理機，這是國內首次以基於超大規模積體電路的通用微處理器晶片和標準UNIX作業系統設計開發的平行計算機。

1995年，曙光公司又推出了曙光1000，峰值速度每秒25億次浮點運算，實際運算速度上了每秒10億次浮點運算這一高效能臺階。曙光1000與美國Intel公司1990年推出的大規模並行機體系結構與實現技術相近，與國外的差距縮小到5年左右。

1997年，國防科技大學研製成功銀河－III百億次並行超級計算機系統，峰值效能為每秒130億次浮點運算。

1997至1999年，曙光公司先後在市場上推出曙光1000A，曙光2000－I，曙光2000－II超級伺服器，峰值計算速度突破每秒1000億次浮點運算。

1999年，國家平行計算機工程技術研究中心研製的神威I計算機，峰值運算速度達每秒3840億次，在國家氣象中心投入使用。

2004年，由中科院計算所、曙光公司、上海超級計算中心三方共同研發製造的曙光4000A實現了每秒10萬億次運算速度。

2008年，“深騰7000”是國內第一個實際效能突破每秒百萬億次的異構機群系統，Linpack效能突破每秒106．5萬億次。

2008年，曙光5000A實現峰值速度230萬億次、Linpack值180萬億次。作為面向國民經濟建設和社會發展的重大需求的網格超級伺服器，曙光5000A可以完成各種大規模科學工程計算、商務計算。

2009年10月29日，中國首臺千萬億次超級計算機“天河一號”誕生。這臺計算機每秒1206萬億次的峰值速度和每秒563．1萬億次的Linpack實測效能，使中國成為繼美國之後世界上第二個能夠研製千萬億次超級計算機的國家。

2011年11月，中國第一臺實測效能超千萬億次的超級計算機曙光“星雲”在國家深圳超算中心全面開通執行。“星雲”系統峰值為每秒3000萬億次，實測Linpack效能達到每秒1271萬億次，是中國第一臺、世界第三臺實測雙精度浮點計算超過千萬億次的超級計算機。

石油勘探

核爆炸模擬

中國製造

大事記