超級電腦

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超級電腦(英語:supercomputer)

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什麼是超級電腦

  超級電腦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,其基本組成組件與個人電腦的概念無太大差異,但規格與性能則強大許多。現有的超級電腦運算速度大都可以達到每秒一兆(萬億,非百萬)次以上。“超級計算”(supercomputing)這名詞第一次出現,是在1929年《紐約世界報》關於IBM哥倫比亞大學建造大型報表機(tabulator)的報導。

超級電腦的概述

  1960年代,超級電腦由米高·徐爾(Michael Tsui)在Control Data Corporation里設計出來並領先市場直到1970年代克雷創立自己的公司──克雷研究。憑著他的新設計,他控制了整個超級電腦市場,並占據顛峰位置長達五年(1985年-1990年)。到了1980年代,正值小型電腦市場萌芽階段,大量小型對手加入競爭。在1990年代中期,很多對手受不了市場的衝擊而消聲匿跡。今天,超級電腦成了一種由像IBM及惠普等大型電腦公司所特意設計的電腦。雖然這些公司通過不斷併購其他公司而增強了自己的經驗,克雷研究依然是超級電腦領域的巨頭之一。

  “超級電腦”一詞並無明確定義,其含義隨電腦業界的發展而發生變化。早期的控制數據公司機器可達十倍速於競爭對手,但仍然是比較原始的標量處理器。到了1970年代,大部分超級電腦就已經是向量處理器了,很多是新進者自行開發的廉價處理器來攻占市場。1980年代初期,業界開始轉向大規模並行運算系統,這時的超級電腦由成千上萬的普通處理器所組成。1980年代中葉,將適量的矢量處理器(一般由8個到16個不等)聯合起來進行並行計算成為通用的方法。1990年代以後到21世紀初,超級電腦則主要由基於精簡指令集的處理器(譬如PowerPC、PA-RISC或DEC Alpha)互聯進行並行計算而實行。

超級電腦的用途

  超級電腦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、天體物理模擬、汽車設計模擬、密碼分析等。

  超級電腦的創新設計在於把複雜的工作細分為可以同時處理的工作並分配於不同的處理器。他們在進行特定的運算方面表現突出,但在處理一般工作時卻差強人意。他們的數據結構是經過精心設計來確保數據及指令及時送達——傳遞速度的細微差別可以導致運算能力的巨大差別。其輸入/輸出系統也有特殊設計來提供高帶寬,但是這裡的數據傳輸延遲卻並不重要——超級電腦並非數據交換機。根據阿姆達爾定律,超級電腦的設計都集中在減少軟體上的序列化、用硬體在瓶頸上加速。

2019年全球超級電腦500強榜單公佈[1]

  由國際組織“TOP500”編製的新一期全球超級電腦500強榜單2019年11月18日揭曉,中國入圍這一榜單的超級電腦數量持續增長,達到了228台,高於6個月前上一期榜單公佈時的219台,繼續保持入圍數量第一位置。

  全球超級電腦500強榜單始於1993年,每半年發佈一次,是給全球已安裝的超級電腦排座次的知名榜單。最新榜單顯示,美國橡樹嶺國家實驗室的“頂點”系統以每秒14.86億億次的浮點運算速度位列榜首。排名第二的超級電腦是美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的“山脊”系統,中國超級電腦系統“神威·太湖之光”和“天河二號”分列榜單第三、第四位。

  根據這份最新的榜單,美國共有117台超級電腦入圍此次榜單,入圍數量僅次於中國位居第二,但比較運算速度,美國超級電腦繼續占據榜單的第一、第二位置。從總算力上看,美國超算占比為37.1%,中國超算占比為32.3%,中美在超算領域的差距較半年前進一步縮小。中美之後,日本、法國、德國、荷蘭、愛爾蘭、英國等也有兩位數的超算系統入圍本次500強榜單。

  本次榜單的入圍門檻繼續提高,從6月榜單的至少每秒1.02千萬億次運算速度上升到至少每秒1.14千萬億次運算速度。中國企業繼續保持上榜數量優勢。聯想、中科曙光和浪潮位居全球超算製造商前三位。就榜單上超算系統使用的晶元看,英特爾公司繼續占據主導地位,入圍500強的超算中,有470台用到了該公司的處理器。

  超級電腦是指在特定生產工藝條件下,採用先進的技術、工藝設計生產出來的功能強、運算速度快、存儲容量大的電子電腦系統。目前,超級電腦的運用領域正不斷擴展,從人類基因組繪製、全球氣候變化分析等不斷延伸至游戲開發、雲計算、人工智慧、大數據融合等新興領域。美國是全球最早發展超級電腦的國家,進入21世紀以來,中國在超算領域發展迅速。中國在2000年僅有2台超級電腦躋身全球500強。目前,全球主要科技大國正圍繞下一代超級電腦,即E級超級電腦(指每秒可進行百億億次運算的超級電腦)展開激烈競爭。

參考文獻

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