科普 | 超级计算机是实现高性能计算的大国重器

超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机,多用于国家高科技领域和尖端技术研究,是一个国家科研实力的体现,对国家安全、经济社会发展具有举足轻重的意义,是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。

“超级计算”这一名词起源于1929年美国《纽约世界报》的一篇新闻报道。自1976年美国克雷公司推出世界上首台运算速度达2.5亿次/秒的超级计算机以来,世界各国迅速发展超级计算机。2015年,美国再次将超级计算提升到国家发展战略,发布了“创造全国性的战略计算行动计划”。日本、欧盟、俄罗斯等也制定了雄心勃勃的超级计算发展计划。超级计算机对科技的发展起着重要支撑作用,其技术进步对IT产业具有很强的辐射带动作用,战略地位十分重要。超级计算将是未来各国抢占的技术前沿和战略制高点,牢牢抓住其系统研制和应用这个“牛鼻子”,就可以使其在创新发展中扮演“国之重器”的角色。

2015年11月16日国际TOP500组织在美国发布的世界超级计算机500强排行榜中,中国研制的“天河二号”超级计算机摘得桂冠,获得“六连冠”殊荣,这也是世界超算史上第一台实现六连冠的超级计算机,创造了世界超算史上连续第一的新纪录,其浮点运算速度为33.86千万亿次/秒,每小时计算能力相当于13亿中国人同时使用计算器上千年的工作量。

“天河二号”超级计算机(图片来源:新华社)

新一期全球超级计算机500强榜单在2016年6月20日公布,使用中国自主芯片制造的“神威·太湖之光”取代“天河二号”登上榜首,成为全球运算速度最快的超级计算机,超过第二名近3倍。中国超级计算机上榜总数量达到167台,有史以来首次超过美国名列第一。神威超级计算机由国家并行计算机工程技术研究中心研制,核心部件全部为国产。据国内媒体报道,其超级计算机系统的峰值性能达到了12.5亿亿次/秒,持续性能达到9.3亿亿次/秒,性能的功耗比为60亿次/瓦。这3项关键指标均居世界第一;同时,它还是我国第一台全部采用国产处理器的世界第一的超级计算机。

“神威·太湖之光”超级计算机(图片来源:新华社)

超级计算机的基本组成组件与个人电脑并无太大差异,但是规格与性能则强大很多,是一种能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的超大型电子计算机。打个比方,如果把普通计算机的运算速度比作成人步行的速度,那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这样的运算速度下,人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。

超级计算机在科技创新和产业发展中发挥着顶天立地的支撑作用。在支撑重大科技创新方面,如大飞机与航天器设计、新材料新能源、药物研发、基因工程、气候气象等领域,超级计算机已成为创新研究的必要工具。在产业应用方面,无论是油气开发还是装备制造等,超级计算在提高生产研发效率、降低生产成本方面发挥了重要作用。

世界上性能著名的超级计算机,很多都源自军事的复杂计算和设计需求,在国防和军事领域发挥了关键作用。1946年,世界上第一台电子计算机ENIAC诞生,这也算是那个时代的超级计算机。这台计算机不仅被运往美军阿伯丁试验基地,顺利完成了弹道计算任务,还解决了当时原子弹和风洞设计的许多计算问题。超级计算机在指挥控制、防空反导、气象保障、军事通信加密和破解密码、军用新材料开发等很多方面都显示出超乎寻常的优势。

借助超级计算机预测气候变化,从而减轻气候变化给人类带来的破坏,早一小时预测到灾害性天气,可能就意味着挽救更多人的生命和财产安全。如今雾霾给人们的健康生活造成了极大影响,超级计算机可以在短时间内对污染物浓度、诸多天气要素等大量数据进行高速计算处理,通过超级计算机的模拟,计算出未来一段时间的大气污染物浓度和分布,进行空气质量预报。从预报结果还可以计算出哪些污染源“贡献”最大,了解污染的来龙去脉,为污染防控提供决策指导。

人工智能使人类劳动向更高级状态发展,我国在超级计算机和人工智能方面也取得了很好的发展,在“十三五”期间,我国还将结合国家战略规划和需求,启动新一代百亿亿次超级计算机研制工作。新一代超级计算机被称为超级计算机界的“下一顶皇冠”,将呈现自主芯片、自主操作系统、自主运行计算环境等特点。下一代的超级计算机应在扩展性、性能密度、性能能耗比、经济有效性、整体均衡、持续运算能力等方面产生质的飞跃。

来源: http://www.sohu.com/a/129819253_623951

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