超级计算机之争

王　维

超级计算机通常是指由数百数千甚至更多的处理器组成的、能计算大型复杂课题的计算机。超级计算机运算速度非常快，如果把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。世界顶尖超级计算机处理数据的速度相当于在几秒钟内把整个美国国会图书馆的资料全部输入计算机。

超级计算机多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志，对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。没有强大计算能力的超级计算机，宇宙飞船就不能上天，国家安全就做不到万无一失，基因研究就无法继续，复杂的气象、勘探工作就难以精确。

经过我国科技工作者几十年不懈地努力，我国的高性能计算机研制水平显著提高，成为继美国、日本之后的第三大高性能计算机研制生产国。

运算速度之争

世界超级计算机500强排行榜被认为是计算机行业最重要的评比标准之一，也是研究机构科研实力的象征之一。在2008年下半年的排名中，美国在500强系统中拥有291台高性能计算系统稳居榜首，欧洲从184台系统下滑至151台系统，亚洲占了47台，其中日本18台，中国16台。

一年前，德国尤利希研究中心的超级计算机“尤金”还是世界上最快的民用超级计算机，但如今，它已经跌出了前10名。超级计算机领域可谓竞争激烈。人们往往翘首以盼每半年公布一次的超级计算机世界500强排行榜。

尤利希研究中心的丹尼尔·马尔曼在前10名中没有找到他们的计算机“尤金”。在2008年上半年的排名中，“尤金”在该名单上还位居第二。当时比它快的只有美国的一台军用超级计算机。在不到一年的时间里。就有9台超级计算机超过了“尤金”，如“美洲豹”“巡逻兵”“昂宿星”等。全球计算最快的计算机“走鹃”是美国军用计算机。

在2008年下半年的排名中，美国的军用计算机“走鹃”成为全球计算最快的计算机。这台超级计算机将被用来处理核武数据的军事机密，其中包括模拟核子爆炸的瞬间，来帮助军方确保年久的核武器能够继续正常运作。在投入军事用途之前，也将先用于对一些复杂问题包括气候变化，进行计算，更高的运算速度让气候学家可以建立更精确的气候模型。

美国能源部国家核能安全管理局长达哥斯提诺说，“走鹃”一天能处理的数据，相当于全球60亿人用计算机每天24小时、每周7天不眠不体地算，要算46年才算得完。

专家指，这台每秒浮点运算能力突破千兆次的超级计算机，被视为军事、技术和科学用途上的重要里程碑。前一代计算机需要好几个月运算的数据，如今可缩短到几小时，甚至过去看来无法实践的实验，如今也可望为科学和工程带来根本性的改变，超级计算机同时被视为经济国力的象征。

超级计算机的“超级”二字，不仅是指它的运算速度。一般超级计算机的体积和重量也够“超级”，而且还“超级”耗电和“超级”发热。“走鹃”占地480平方米，一共使用了278个冰箱大小的机柜，重达220吨，当它要搬家时，要动用20台拖车。它的耗电量达到了2.35兆瓦，发热量足可以维持一个室外温水游泳池。

与生活不可分割

超级计算机到底有何用呢?尤利希研究中心的马尔曼说一“超级计算机对学术研究的意义是，人们可以模拟过去不可模拟、只能通过极其复杂的实验才能验证的许多现象。我们就利用‘尤金进行多方面的研究。其中之一是血浆项目。通过模拟优化血泵，缩小其规格，减轻患者的负担。”

如今，除了研究理论、做实验之外，模拟运算已发展成为科研的第三大领域，而且不光是在学术界，在我们的日常生活中，超级计算机已经渗透到方方面面。当我们把钱存在银行的时候，超级计算机在帮我们管理着资金：当我们出门旅行的时候，超级计算机帮我们订机票；当我们想知道明天是晴是雨时，超级计算机为我们提供天气预报：甚至当我们玩游戏时，超级计算机也在繁忙地工作着，让游戏体验更加流畅。我们乘坐的飞机、我们使用的电力和石油，乃至于我们点一下鼠标打开一个网页的时候，都离不开超级计算机的支持。

目前，有多台超级计算机用于金融方面。我们知道，证券市场瞬息万变，0.01秒的时滞可能导致收益的巨大变化。目前全球证券市场每天成交额在4000亿美元以上，平均每秒就有超过1800万美元的资金换了主人。这种实时性

航空公司很早就开始利用计算机，开发机票预订系统。今天，几乎所有的旅游代理商都可以访问全球预订系统，帮助旅行者安排旅程。现在地球上平均每天有8万次飞机起降，每天有900万人在1万米的高空飞翔。全球预订系统使用超级计算机管理着庞大的数据库，昼夜不间断地处理全球各地的各种旅行预订交易。

每天的天气预报令人惊讶，2天、3天，甚至一周内的天气都在我们掌控之中。其实，这也是超级计算机在帮我们预测。当前的中短期天气预报，主要依靠计算机求解描述大气运动的动力学方程组，来预测未来的天气。我们知道，大气运动遵循一定的物理法则，而这些法则可以由一组微分方程来

在2005年6月的超级计算机排名中，排名150位到153位的四台超级计算机都在中国，分别安置在北京、上海、广州和台北。这几台计算机都是为了支持网络游戏《魔兽世界》的运行而安装的，它们同时与40万名以上的在线玩家连接，每一次攻击、每一次队友的协助、每一个绚烂的魔法……都被转化成数据流，经过超级计算机的运算处理后，再传递给玩家的电脑，确保同一个服务器上的每一个玩家眼中看到的都是同一个世界。超级计算机让越来越多的人在虚幻世界中沉迷，不能自拔。

除了以上的几个例子之外，超级计算机在军工、国防、医药、工业方面也都有广泛应用。我们用超级计算机给人类基因重新筛选排序，绘制出人类基因30亿个碱基对的图谱，从而从分子级别上了解人类自身，我们用超级计算机帮助

可能引起帕金森氏症、疯牛病等疾病的突变蛋白质，开发治疗药物；我们甚至可以用它来设计新型薯片生产线

超级计算机已经成为了我们生活不可分割的一部分。

自己管理自己

计算机领域有一个著名的摩尔定律，认为计算机的运算能力会每18个月翻1番。按照这个理论，15年后计算机的运算能力将会是现在的1000倍。但是在超级计算机身上，这一理论却显得过于保守了。2008年6月排名第一的超级计算机的运算能力是1993年排名第一的计算机的1.7万倍，排名第500的超级计算机的运算能力提升了2.1万倍。而500台超级计算机的总运算能力提升了1万倍。

超级计算机的预算速度越来越快，不仅仅是因为人们在提升单个CPU(中央处理器)的运算能力，还在于人们在计算机硬件结构和软件上的改进：越来越多的CPU协同工作，数据传输越来越快，负载管理越来越有效等。在畅销小说作家丹·布朗的作品《数字城堡》中，虚构过一台叫做“万能解密机”的超级计算机。“300万台邮票般大小的中央处理机的最后一台被手工焊接停当，最后一道编制程序宣告结束，陶瓷外壳锻封完毕……这比20年前国安局最快的电脑要快上10万倍!”不过，目前世界上最快的计算机“走鹃”，也只有大约12万个处理内核。

超级计算机在数十年的发展中，走过了向量机、并行处理机两个阶段，现在广泛采用的是集群架构。我们可以把集群看成是由高速网线连接起来的一个小型高速计算机网络，实际上采用的是以数量取胜的战略：把工作分配给越来越多的CPU来完成，从而提高效率。例如，“走鹃”采用了6500个AMD“皓龙”双核CPU来管理文件和处理输入输出，使用了12万个PowerXCell 8i芯片来进行密集型的科学计算。整个“走鹃”使用的所有元件都可以在市场上买到。

但是，能买到所有的元件，并不意味着我们就可以在家里造出一台“走鹃”。对于超级计算机来说，软件的重要性甚至超过硬件。只有通过合适的软件，把计算任务以最优的方式分配、及时监测和替换坏掉的处理器，才可能获得良好的性能。换句话说，超级计算机需要能够自己管理自己，把自己调整到工作的最佳状态。

有人说，今天的超级计算机就是明天的家用电脑。然而，除非人们能够找到大幅减小计算机体积和能耗的方法，或者设计出完全不同于现有计算机结构的新型计算机，比如量子计算机，否则超级计算机也只能是政府、大型企业或者研究机构才能用得起的设备。不过，无论如何，超级计算机是我们这个时代最伟大的发明之一，它正在带领人类以无法想象的速度向前飞驰，无法抵挡。

-全文完-