“引航者”“神算子”“高科技助推器”等是人們對超算的贊譽和評價。由此可見，超算在當(dāng)今這個以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為特征的高速發(fā)展的時代起著關(guān)鍵作用。

超算的來龍去脈

超算是超級計算機及有效應(yīng)用的總稱，最初是為了解決工業(yè)界對大規(guī)模計算能力的需求而誕生的技術(shù)。

現(xiàn)代超算本質(zhì)上是將大量配置接近普通家用電腦/商用工作站的主機通過高速網(wǎng)絡(luò)連接起來的主機集群。它運行的是專用操作系統(tǒng)，每臺主機是一個運算節(jié)點；大量節(jié)點的運算能力疊加起來，就獲得了遠(yuǎn)超單臺或幾臺普通PC的計算能力。

以我國的超算“神威·太湖之光”為例，它1分鐘的計算能力相當(dāng)于全球72億人同時用計算器不間斷計算32年。以最強“大腦”來形容具有如此強大計算能力的超算應(yīng)不為過。

“神威·太湖之光”首次亮相是在2018北京科技周。在科技周上展示的只是一臺樣機，而在國家超級計算無錫中心“神威·太湖之光”的機房內(nèi)，擺放有這樣的運算機柜40個、網(wǎng)絡(luò)機柜8個。每個運算機柜就像家中的雙門冰箱一樣，打開柜門，里面是兩排整齊的運算插件板。

一個機柜集成了128個運算插件板，每個插件由4個運算節(jié)點板組成，上面有四個神威芯片。插件板的背面也是一樣的結(jié)構(gòu)，也就是說一個插件板上有8個CPU，中間采用水冷技術(shù)進行降溫。整個“神威·太湖之光”有5120個插件板，總共就有40960個CPU，所以整機是千萬核的計算能力。

超算的技術(shù)特點

除了執(zhí)行運算的CPU、GPU核心，超算的另外兩大關(guān)鍵技術(shù)是內(nèi)存和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。高性能計算任務(wù)通常需要大量的內(nèi)存，而且所需的空間隨計算核心數(shù)量的增多而增加。此外，這些內(nèi)存還要有很高的帶寬來迅速將數(shù)據(jù)傳遞給處理器核心?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)則是將成千上萬的主機搭建成超算系統(tǒng)的關(guān)鍵，主機數(shù)量越多，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、延遲和穩(wěn)定性要求就越高。

超算的應(yīng)用，運算速度很重要，操作系統(tǒng)和軟件也很重要，但最最重要的是建模，簡單說就是建立各種數(shù)學(xué)公式，這是運算的基礎(chǔ)依據(jù)。比如一個物體在空氣中飛行，每平方厘米表面積，在不同的速度，不同的空氣密度下，承受的壓力是多大，這需要由實驗獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后作為以后計算的依據(jù)。建模是一個龐大的，工作量很大、很繁瑣的工作，需要長時間的積累。我國超算在最近幾年才井噴式發(fā)展，還沒有充分利用和發(fā)揮其威力，等到建模很完善的時候，將會得到實際科研成果的井噴。

超算的強大功能

對于超級計算機來說，其運算性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超乎我們的想象。可以說它上知天文，可夜觀天象，也可能解開宇宙奧秘等，下曉地理，什么都能計算。不只是這些，從大的社會風(fēng)向到小的個人人格特征定位也都在超算的運算范圍當(dāng)中。

借助超算，還可以解決國防、交通工具制造、氣候氣象、生物信息、地震監(jiān)測、地球科學(xué)、天體物理、公共健康、材料科學(xué)、人類組織系統(tǒng)研究等領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問題。下面就舉幾個領(lǐng)域的實際應(yīng)用來說明超算的強大作用。

超算是計算機信息化發(fā)展的引領(lǐng)者，很多處理器技術(shù)、虛擬化技術(shù)、量子計算等，都是最早為超算服務(wù)，之后才普及民用。目前的云計算和大數(shù)據(jù)，其計算能力也需要超算技術(shù)的支持。

天氣預(yù)報準(zhǔn)確度的提升，背后離不開超算的功勞。下不下雨關(guān)鍵看云層運動，超算可以通過對云層運動進行精確模擬和觀測，預(yù)測氣候變化，從而減輕氣候變化給人類帶來的破壞。

借助超算的強大、快速的運算能力，在實驗室實施的亞臨界核試驗，與真正核試爆的效果是相同的。通過超算建立核爆炸數(shù)學(xué)模型，深入了解核爆炸原理，研發(fā)新一代核武器。

在情報收集、解密等領(lǐng)域，超算作用凸顯。棱鏡計劃顯示，美國花巨資收集各國隱私，包括普通百姓的海量信息，這就需要利用超算及時處理海量信息，盡快篩選出有價值的情報。

超算既可以進行基因測序，從根本上破解人類生命的“密碼”，從基因修補的角度來避免很多先天性疾病，也可以在幾百萬的藥物成分中，選擇最合適的配比進行新藥物的開發(fā)。

超算可用來認(rèn)識和改進汽車、飛機或輪船等交通工具的空氣流體動力學(xué)、燃料消耗、結(jié)構(gòu)設(shè)計、防撞性，并幫助提高乘坐者舒適度、減少噪音等。

比如設(shè)計一款飛機，我們都知道做成流線型有利于減小飛行阻力，但是不能做成子彈那樣單一的流線型。飛機外形是由多個不同弧度的流線型組成的，每個部分的弧度都有幾百種可能，每種弧度在0倍～2.2倍音速（每0.01倍音速都要計算一次）的飛行速度下阻力是多大，飛機表面承受的壓力是多大，以確定不同部分蒙皮的厚度等。即使一架飛機的大致外形已經(jīng)確定，以上各種參數(shù)分別組合一遍，就有成千上萬種可能，每種可能都要用超算演算一遍，以篩選出最優(yōu)參數(shù)組合，然后才能做一個模型做風(fēng)洞試驗。否則要做成千上萬個模型，做成千上萬次風(fēng)洞試驗，成本和時間是任何一個國家都承受不起的。實際的工作比這復(fù)雜很多倍，考慮的問題和細(xì)節(jié)更多。如果沒有超算，我們只能設(shè)計出“粗略的，大概差不多”的方案，無法做出最優(yōu)設(shè)計，這樣飛機的性能就達不到很高。

殘酷而激烈的超算競爭現(xiàn)狀

當(dāng)今，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與實體經(jīng)濟的融合，超算起到關(guān)鍵作用，是解決國家經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展、國防建設(shè)等領(lǐng)域重大挑戰(zhàn)性問題的重要手段。作為數(shù)字經(jīng)濟時代的“引航者”，超算早已成為“兵家必爭之器”，成為世界各國爭奪的一個戰(zhàn)略制高點。

近日，在德國法蘭克福召開的全球超算大會上，公布了最新的全球超級計算機500強榜單，其中來自美國的超級計算機“Summit”排名第一，來自中國的超算“神威·太湖之光”位列第二，第三名則是來自美國的“Sierra”。在中國超算占據(jù)世界首位幾年之后，美國的超算技術(shù)已經(jīng)以迅雷不及掩耳的勢頭追趕上來。

除了中美之外，日本的超算水平也一直在全球市場的第一梯隊。有消息透露稱，日本已研發(fā)出了理論性能遠(yuǎn)超過太湖之光和美國的Summit的全新版本超級計算機架構(gòu)，不過目前尚處于測試階段，還沒有進行量產(chǎn)。

據(jù)業(yè)內(nèi)專家表示，目前各國超算還只停留在十億億次級別的爭奪階段，下一階段，即百億億次領(lǐng)域的爭奪戰(zhàn)才是重點。我國已經(jīng)在這一階段開始嶄露頭角，今年5月公布了百億億次超級計算機“天河三號”的原型機。

盡早突破超算國產(chǎn)處理器技術(shù)難關(guān)和相關(guān)軟件的國產(chǎn)化率是我國超算領(lǐng)域急需解決且正在努力的方向。如果能夠?qū)崿F(xiàn)全面國產(chǎn)化，那么中國將在未來超算領(lǐng)域徹底“放飛自我”，實現(xiàn)與歐美日的強強對決!

超算作為衡量一個國家技術(shù)發(fā)展水平的重要參考指標(biāo)，在很大程度上代表了一個國家，一個產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展實力。這么說雖然有些狹義，但是計算性能的提升對于國家眾多領(lǐng)域和行業(yè)技術(shù)水平的發(fā)展確實起著非同尋常的作用。從全局來看，超算水平的提升，對于推動人類向前發(fā)展，起著非常重要的作用。