超级计算机——简介

　　超级计算机是一种超大型电子计算机。具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。常是指由数百数千甚至更多的处理器(机)组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。超级计算机是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义。

　　超级计算机是一个相对的概念，一个时期内的巨型机到下一时期可能成为一般的计算机;一个时期内的超级机技术到下一时期可能成为一般的计算机技术。现代的超级计算机用于核物理研究、核武器设计、航天航空飞行器设计、国民经济的预测和决策、能源开发、中长期天气预报、卫星图像处理、情报分析和各种科学研究方面，是强有力的模拟和计算工具，对国民经济和国防建设具有特别重要的价值。

　　超级计算机——衡量指标

　　超级计算机机群系统的主要性能指标有峰值速度、实测速度和运行效率等，计算速度一般以计算机系统“每秒执行的浮点运算次数”(Float ingpoint Operations Per Second，Flops)为单位，并定义了扩展单位MFlops(百万次浮点运算每秒)、GFlops(十亿次浮点运算每秒)、TFlops(万亿次浮点运算每秒)和PFlops(千万亿次浮点运算每秒)等。

　　峰值速度

　　峰值速度通过计算得出，故也称理论峰值速度， 其计算公式为【理论峰值速度(亿次)=节点机每个CPU主频(MHz)×CPU每个时钟周期执行浮点运算的次数×CPU总数目/108】。例如，“天河一号”的峰值速度为1206万亿次每秒(TFlops)或1.206千万亿次每秒(PFlops)。

　　实测速度

　　用评测软件对机群系统计算速度的实际测试值，目前国际上通用的超级计算机或高性能计算机评测软件是《Linpack》——这是一套采用求解线性方程组和特征值问题的方法来综合评价超级计算机浮点运算性能的基准测试软件。实测速度能更客观地反映系统的实际计算性能，对用户而言，实测速度比峰值速度更有意义。

　　运行效率

　　一般是指超级计算机实测速度与峰值速度的比率。运行效率越高，表明系统具有的处理资源等经过合理的系统设计得到了更有效的发挥。相对于由处理器数量和性能决定的理论峰值速度而言，运行效率显然是一个能够更全面、科学地反映超级计算机性能和技术先进性的指标。

　　超级计算机——应用领域

　　日本的地球模拟器有“现代水晶球”之称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，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。超级计算机常用于需要大量运算的工作，譬如天气预测、气候研究、运算化学、分子模型、物理模拟、密码分析等等。

　　天气预报

　　中短期天气预报主要是根据气象卫星等观测的大气实况资料，通过求解描述天气演变过程的动力学方程组实现的，这种大规模的数值计算必须由超级计算机完成。例如，在2008年北京奥运会举办时，北京市气象局所购置的IBM Systemp575超级计算机的计算能力是原有系统的10倍，基于IBM Systemp575更高的计算性能，新的天气预报系统可覆盖4.4万平方公里的区域，且能为每平方公里按小时提供天气和空气质量预报等。

　　地球模拟器

　　日本海洋研究开发机构的“地球模拟器”是一套用于地球大气循环监测和分析、温室效应预测、地壳及地震监测和预报等大规模计算的向量处理超级计算机系统。

　　药品研制

　　日本的“地球模拟器”超级计算机开发一种新的药品，通常需要从研制和试验的很多步骤，一般需要大约15年的时间，而利用超级计算机则可以对药物研制、治疗效果和不良反应等进行模拟试验，从而将新药的研发周期缩短3～5年且可显著降低研发成本。例如，美国基因工程技术公司的研究团队曾将超级计算机应用于一种致活酶类药物的研发，在14个月之内从50多万个化学分子中筛选出两个候选药物进行最终合成和临床试验，整个过程中真正在实验室里合成的分子只有2000个，其余均用超级计算机模拟完成，仅此就节省了上百倍的时间和成本。

　　石油勘探

　　石油勘探大多采用地震勘测的办法，即在地面进行爆破后，用探测仪器检测和采集震动反射波的大量数据，利用对这些数据计算、处理和分析结果确定地下储油位置。石油勘探中大量数值的快速计算、处理和分析，必需由高性能的超级计算机完成。例如，2007年曙光4000L超级计算机就曾在发现储量高达10亿吨的渤海湾冀东南堡油田的过程中发挥了关键作用，而其后的曙光5000A超级计算机的应用，则进一步达到了地下数千米的勘探深度。

　　核爆炸模拟

　　《全面禁止核试验条约》的签订之后，相关的一些国家开始转向利用大规模数值计算的方法进行核武器的模拟试验，以评测核武器的各项性能，这种应用对计算性能有着很高的要求。例如，美国劳伦斯利夫摩尔国家实验室就曾使用计算速度为360 Tflops的IBM“蓝色基因”(BlueGene/L)超级计算机进行过极为逼真的核弹爆炸三维模拟。此外，法国原子能委员会最近也订购了一台由布尔公司生产的、计算速度为1000Tflops的Tera-100超级计算机，将接替目前的Tera-10超级计算机用于模拟核武器爆炸过程。