超級(jí)計(jì)算機(jī)

　　現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度大都可以達(dá)到每秒一兆（萬(wàn)億，非百萬(wàn)）次以上。“超級(jí)計(jì)算”（Supercomputing）這名詞第一次出現(xiàn)，是在1929年《紐約世界報(bào)》關(guān)于IBM為哥倫比亞大學(xué)建造大型報(bào)表機(jī)（tabulator）的報(bào)導(dǎo)。

　　1960年代，超級(jí)計(jì)算機(jī)由希穆爾·克雷（Seymour Cray）在Control Data Corporation里設(shè)計(jì)出來(lái)并領(lǐng)先市場(chǎng)直到1970年代克雷創(chuàng)立自己的公司──克雷研究。憑著他的新設(shè)計(jì)，他控制了整個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)，并占據(jù)顛峰位置長(zhǎng)達(dá)五年（1985-1990）。到了1980年代，正值小型電腦市場(chǎng)萌芽階段，大量小型對(duì)手加入競(jìng)爭(zhēng)。在1990年代中期，很多對(duì)手受不了市場(chǎng)的沖擊而消聲匿跡。今天，超級(jí)計(jì)算機(jī)成了一種由像IBM及惠普等大型電腦公司所特意設(shè)計(jì)的電腦。雖然這些公司通過(guò)不斷并購(gòu)其他公司而增強(qiáng)了自己的經(jīng)驗(yàn)，克雷研究依然是超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的巨頭之一。

　　歷史

　　“超級(jí)計(jì)算機(jī)”一詞并無(wú)明確定義，其含義隨計(jì)算機(jī)業(yè)界的發(fā)展而發(fā)生變化。早期的控制數(shù)據(jù)公司機(jī)器可達(dá)十倍速于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但仍然是比較原始的標(biāo)量處理器。到了1970年代，大部分超級(jí)計(jì)算機(jī)就已經(jīng)是矢量處理器了，很多是新進(jìn)者自行開發(fā)的廉價(jià)處理器來(lái)攻占市場(chǎng)。1980年代初期，業(yè)界開始轉(zhuǎn)向大規(guī)模并行運(yùn)算系統(tǒng)，這時(shí)的超級(jí)計(jì)算機(jī)由成千上萬(wàn)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(gè)到16個(gè)不等）聯(lián)合起來(lái)進(jìn)行并行計(jì)算成為通用的方法。1990年代以后到21世紀(jì)初，超級(jí)計(jì)算機(jī)則主要由基于精簡(jiǎn)指令集的處理器（譬如PowerPC、PA-RISC或DEC Alpha）互聯(lián)進(jìn)行并行計(jì)算而實(shí)行。

　　用途

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)常用于需要大量運(yùn)算的工作，譬如天氣預(yù)測(cè)、氣候研究、運(yùn)算化學(xué)、分子模型、天體物理模擬、汽車設(shè)計(jì)模擬、密碼分析等。

　　通用超級(jí)計(jì)算機(jī)的類型

　　大致上可以分為三種：

　　矢量處理機(jī)器能為大量數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行同樣的運(yùn)算。

　　叢集式處理器特別創(chuàng)建連接處理器及記憶體的通信網(wǎng)絡(luò)，非均勻訪存模型就是最常見的。最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)就是使用這個(gè)科技。

　　商品電腦叢集使用高帶寬低延誤的網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接大量普通商品電腦，建設(shè)成一個(gè)電腦簇。

　　根據(jù)摩爾定律及經(jīng)濟(jì)規(guī)模，一個(gè)現(xiàn)代的桌面電腦比15年前的超級(jí)計(jì)算機(jī)有更高性能，皆因某些超級(jí)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)放在桌面電腦內(nèi)。再者，簡(jiǎn)單芯片的開發(fā)及生產(chǎn)成本比特意設(shè)計(jì)給超級(jí)計(jì)算機(jī)的更便宜。

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)所處理的問(wèn)題都適合并行化，當(dāng)中減少處理單元之間的資料傳送量。因此，傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)可以被電腦叢集所代替。

　　最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)

　　TOP500列表排名世界上最快的500臺(tái)超級(jí)電腦，而中國(guó)則以“中國(guó)TOP100排行榜”排名境內(nèi)頭100臺(tái)最快的超級(jí)電腦。

　　速度單位

　　超級(jí)計(jì)算機(jī)速度以每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)“FLOPS”（floating-point operations per second）來(lái)作量度單位，常見的表示電腦中的峰值或速度用的單位英漢對(duì)照如下：

　　一個(gè)MFLOPS（megaFLOPS）等于每秒100萬(wàn)（=106）次的浮點(diǎn)運(yùn)算

　　一個(gè)GFLOPS（gigaFLOPS）等于每秒10億（=109）次的浮點(diǎn)運(yùn)算

　　一個(gè)TFLOPS（teraFLOPS）等于每秒1萬(wàn)億（=1012）次的浮點(diǎn)運(yùn)算

　　一個(gè)PFLOPS（petaFLOPS）等于每秒1千萬(wàn)億（=1015）次的浮點(diǎn)運(yùn)算

　　一個(gè)EFLOPS（exascaleFLOPS）等于每秒100億億（=1018）次的浮點(diǎn)運(yùn)算

　　此外，由于浮點(diǎn)積和熔加運(yùn)算或乘積累加是兩次的浮點(diǎn)運(yùn)算（每條FMA指令包括加/減及乘），因此當(dāng)處理器支持FMA指令時(shí)，峰值是兩倍每秒所能運(yùn)行FMA指令的數(shù)目。

　　目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)

　　截止到2014年11月，世界上運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)是，由中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位研制的天河二號(hào)，它每秒能完成5億億次運(yùn)算。雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算峰值速度達(dá)到每秒5.49億億次，Linpack（國(guó)際上流行的用于測(cè)試高性能計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)計(jì)算性能的軟件）測(cè)試性能已達(dá)到每秒3.39億億次。