高效能計算也稱超級計算、HPC，本人在這個行業待了也有十年了，和熱鬧的手機、個人計算機行業相比，高效能計算是個冷僻的行業，長期以來遠離公眾視野，鮮為人知。只是這些年因為雲計算、超級計算機時常出現在各種媒體上，才慢慢浮出水面。今天就和諸位來談談高效能計算的發展歷史。

現在大家對高效能計算普遍的劃代，旁支不算，大致分為這樣四個階段：向量機、SMP、MPP、叢集。

上世紀七十年代，美國的克雷機開啟了高效能計算的先河。這是那個時代的超級計算機，一經推出就大受追捧，先後被美國能源部、國防部、波音、美孚石油採購。到了八十年代，我國也推出了自己的向量機：銀河1號，用來計算核爆、流體力學、石油開採等一些亟待解決又高度保密的課題。現在銀河1號向量機已經退役，曾經在北京的軍事博物館展出過，不知道現在還在不在。

向量機雖然計算效能強大，但是它的缺點也十分明顯，就是所有軟硬體都需要專門設計定製，與市場上大量銷售的軟硬體不相容，這使得向量機的價格非常昂貴，也只有政府和大公司這種不在乎成本的部門才用得起，很難做到普及。這個缺點嚴重製約了向量機的發展。所以當時有人為了降低成本，把目標轉向通用的軟硬體裝置，於是SMP就此誕生。

SMP中文翻譯是”對稱多處理”。它是在計算機裡安裝多塊處理器，共享記憶體和資料匯流排來提高計算效能。我們現在的手機、平板、PC使用的多核CPU其實也是SMP架構，區別是以前的處理器會安裝在主機板的多個基座上，由匯流排連線；現在是把多塊處理器在生產時就封裝到一起，插在一個基座上。

由於SMP技術難度低、計算能力提升明顯、價效比高、市場需求大，能夠相容當時大多數軟體，所以當年很多個人電腦廠商也生產SMP架構的伺服器，比如當年Compaq、HP、IBM一眾行業大佬，都是生產SMP伺服器的主力軍。

SMP架構透過增加處理器數量，結合軟體提升計算效能，但是它需要共享記憶體和資料匯流排，執行過程中存在物理資源競用的問題，限制了效能發揮，屬於“平行計算+序列IO”方案，而且SMP架構能夠增加的處理器數量十分有限，也制約了SMP架構的發展。後來人們為了追求更強大的計算能力，便推出MPP架構。

MPP中文名稱是”大規模並行處理”。這種架構相比SMP，取消了共享記憶體和資料匯流排，把每臺計算機做一個獨立的節點單元來對待，節點之間用專用的高速網路連線，透過軟體協同完成共同的任務，屬於純粹的無共享架構（Share Nothing）。MPP一般都是IT巨頭的定製機，它的硬體代表是刀片機，軟體代表是分散式資料庫，比如GreenPlum、Teradata都屬於MPP架構。

MPP架構相比SMP架構，效能雖然有了大幅提升，但是缺點也更多，比如對硬體裝置要求高，產品價格貴，擴充套件能力不足，需要專門的軟體來支援（開發MPP軟體是遠比MPP硬體更復雜的事）。所以它仍然是那些不在乎成本的IT巨頭和壟斷部門的專屬玩物。實際這些年來，MPP之所以沒有發展，這些制約缺點是主要原因。

但是人們對高效能計算的追求是無止境的，為了獲得更強大的計算效果，我們現在實際上已經來到了第四個階段：叢集。

現在的計算機叢集可說是這些年IT新技術發展的綜合體和集大成者。它除了繼續沿用MPP節點的概念，還大量借鑑採用網際網路衍生出來的各種基礎技術。比如普遍採用通用硬體來降低設計和採購成本；採取“軟體定義硬體”策略，把原本屬於硬體的功能轉移到軟體來解決，而且還便於升級。使用統一的協議支援異構計算平臺，允許動態增加減少計算節點，透過”硬體冗餘+軟體容錯“解決硬體執行過程中出現的問題。所以現在計算機叢集即實現了超強的擴充套件能力，又能夠保證足夠的經濟性。

另外，與前幾次主要面向專業領域不同，當前叢集的發展方向已經轉向了商用領域，這是非常廣大的市場，有著巨大的商業利益，最典型的就是雲計算。它面向商業使用者，更多強調經濟性和使用成本，使用虛擬化技術支援多租戶共享，普遍採用按時付費的支付模式，能夠根據使用者需求分配雲端資源。叢集架構另一個主要領域是超級計算機，當前世界上主要的超級計算機，比如我國的“神威”、“天河3”，美國的“泰坦”、“Summit”，日本的“京”，都屬於叢集架構。而且雲計算和超級計算機也正在融合中，現在一種叫“超算雲”的共享計算模式正在各大雲平臺中形成。

說完硬體，再說軟體。由於建立在叢集架構之上的業務需求、市場生態已經發生了根本變化，基於早期幾種架構研發的軟體很難發揮出叢集的效能。據我所知，現在有幾家ICT巨頭看好叢集業務帶來的商機，正在投入巨資研發通用的集群系統軟體，希望一舉拿下這個藍海市場。這有點像移動網際網路剛剛開始的時候，蘋果推出IPhone手機後，需要再推出iOS作業系統來適配IPhone手機。另外在超算領域，超級計算機做為國家綜合科技實力的具體表現，與各國基礎科研密切相關，將帶動一大批產業發展，也都在加大對超算和超算軟體的研發投入。所以現在無論是企業還是政府，都是一副百舸爭流的狀態，希望透過叢集作業系統進一步鞏固各自的優勢地位，拿到下一場技術革命的門票。

1. 集成了雲端所有剛需：虛擬化、安全管理、大資料、資料庫、人工智慧、應用容器、分散式應用軟體。

2. 對於分散式處理，能夠雲端、邊緣端、終端一體化分佈協同，無縫對接。

3. 對於節點的支援，可以是幾臺伺服器到幾十萬臺伺服器。

4. 對於線上的使用者人數，可以是幾個人到幾千萬人線上。

5. 對於資料處理，支援OLAP、OLTP、SQL，資料可以從幾個G到EB級別。

6. 對於應用軟體，可以是幾個軟體到幾百萬個應用軟體在雲端執行。

7. 對於應用開發，提供人工智慧介面、大資料介面、分散式程式設計介面。開發者可以像開發單機軟體一樣開發分散式軟體。

最後說幾句，一個不爭的事實是，目前無論雲計算、超算，還是叢集軟體，仍然是美國最強，我國處於追趕地位。由於叢集硬體基本構型已經完成，現在各國發力競爭的主要是叢集軟體，尤其是叢集作業系統這樣的通用基礎軟體。美國曾經透過PC作業系統、手機作業系統獲得在個人電腦、手機領域的絕對優勢，鞏固了全球領導地位，進而影響全世界，直到現在。現在叢集作業系統類似於當年iOS登場的時候，叢集作業系統將決定我國未來二三十年在雲計算、大資料、人工智慧的生態市場和領導地位。

對於中國，這是一場不能輸的戰爭。

前方道路依然漫長，在此與各位共勉！