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美國超級電腦有多少

發布時間:2023-03-29 18:25:36

A. 全球超級計算機數量誰最多美國114台,日本30台,我們有幾台

要說目前惠及人類最多的 科技 類產品,除了手機之外,就是電腦了。 而電腦剛開始出現的時候,則是稱之為「計算機」,憑借其強大的計算能力,成功開啟了新的時代,也就轎早是我們的互聯網時代。

在互聯網時代裡面,人們開展了一個新的世界——網路世界,在網路世界裡面,人們可以通訊,可以交流,可以 游戲 ,可以聽歌等等,能實現以往從未想過的可能性。

而計算機發展至今,並未有任何的停歇,相反許許多多的國家還在不斷研究和精進。

距離最近一次的TOP500組織發布的全球計算機500強榜單,此次獲得新一代超算冠軍的是日本,憑借著其「富岳」每秒41.55億次的運算速度成功登頂。

而對比日本,我國的「神威」和「天河二號」則是位居第四和第五位。盡管沒有登頂,但是在數量上,我國的超級計算機可以說碾壓其他的對手。

作為發達國家來說,跟其他國家的差距除了 社會 經濟水平之外,還要評價其科研實力。也正因為如此,發達國家在科研投入方面基本是占據國家投資的首位。

而我國在科研方面的投入也是絲毫不差,甚至以「科學為第一生產力」和「科教興國」為方針,推動我國的科研技術發展。

目前在全球計算機市場裡面,主要對抗的三個國家就是中國、美國和日本,所以在榜單上來看,前五名幾乎就是來自中美日三國,可謂是三足鼎立的局面。

另外,值得一提的是,哪怕在全球前五百的計算機裡面,這三個國家占據的超級計算機數量也是最多的。

盡管看起來目前是三國互相競爭的狀態,但是數量上,三個國家還是存在比較大的偏差。

要知道,盡管此次日本的「富岳」排名第一, 但是日本在超級計算機五百強的榜單里,僅有30台的超級計算機數量,遠遠比不上中美兩國的數量。

對於超級計算機而言,或許很多人是第一次聽,也不是很了解它的作用。這里的話,其實可以認識一下,實際上它離我們的生活還是早敗比較接近的。

舉個簡單的例子來說的話,就是在做一些特效渲染的時候, 通過超級計算機的演算法,可以節約大量的時間成本,大大提高工作的效率。

所以,從實用性來看,超級計算機的數量優勢遠比其運算優勢會更具備價值。日本方面超級計算機數量少的原因,可能是其國土面積小導致的。

畢竟,超級計算機的運算是非常方便的,如果足夠應用的情況,確實沒必要再專門建造一台。

而相比日本,美國方面的實力則是不容小覷。 照目前來看,美國超級計算機的數量有114台,而排名第二的「頂點」超級計算機,也是出自美國,是美國目前運算最快的設備。

美國作為世界第一大國,可以說無論是軍事實力、經濟實力還是科研實力,都是數一數二的。尤其在近幾年其超級計算機的數量都比較穩定,基本維持在110-120之間。

不過,從整體上來比對的話,美國的超級計算機數量其實在不斷地下滑,如果是想要從數量上爭奪第一的位置的話,其實還是不太現實的。

目前的話, 超級計算機數量最多的國家是——中國,一共擁有226台超級計算機,佔比超過45%,幾乎是美國方面的兩倍。

另外,我國在超級計算機領域的數量, 已經連續蟬聯了六年的冠軍了,並且隨著我國的不斷發展,從未來的形勢來看,中國超級計閉睜雀算機第一大國的位置是很難撼動的。

而中國之所以擁有這么多的超級計算機,實際上是因為有著三大超算供應商的服務,其中包括了浪潮、聯想、曙光,皆是來自於中國。

這三大超算供應商, 在全球的知名度也是很高的,尤其在全球最強500超算裡面,其中就有312台出自於上述的三家企業。 而只要中國方面有需要,完全有能力再研發出更多、更強的超算設備。

現如今,大國競爭,除了比經濟、軍事之外, 科技 實力可以說是最主要的一個領域了,作為大國競爭的樞紐,要想擺脫其他國家的 科技 壟斷,就需要不斷提升自研的水平和能力。

伴隨著越來越多的 科技 競爭,我國勢必在 科技 領域不斷地砥礪前行。因為目前來講,我國盡管在某些方面的科研取得了足夠優異的成績, 但是在整體發展水平上來看,跟發達國家還是有非常大的差距。

也許說差距非常大會有人覺得不妥,但是事實上,我國在多數領域的軟硬體方面,目前還是依賴著其他國家,比如工業軟硬體上,大都還是運用美國提供的軟硬體設施。

我國目前尚缺乏足夠的自研能力, 不過不代表未來沒辦法實現自研,我國科研人員都有一股拼勁,為了擺脫其他國家的鉗制和壟斷,都不斷的奮勇爭先。 相信在未來足夠的發展時間里,我國會一一實現各個領域的自研和成功。

B. 美國啟用超級計算機Perlmutter,協助拼裝迄今最大的宇宙三維地圖

宇宙是在不斷膨脹的!而暗能量(Dark energy)正是推動宇宙加速膨脹的神秘力量,中科院理論物理研究所研究員黃慶國告訴 DeepTech:「暗能量在宇宙中十分稀薄,幾乎不會給地球帶來任何影響。正因此,人類很難通過在地球上建立的實驗室中『捕捉』到暗能量。」

而在 5 月 27 日啟用的 Perlmutter 超級計算機,正是為了捕捉暗能量,它隸屬於美國國家能源研究科學計算中心(NERSC)。Perlmutter 超級計算機基於超算公司 Cray 的 「Shasta」 平台,具有 GPU 加速節點和 CPU 節點,其預期性能是美國國家能源研究科學計算中心當前的旗艦級超級計算機科里(Cori)的 3-4 倍。


啟用後, 它將協助科學家拼裝迄今為止最大的宇宙三維地圖,該地圖將揭示暗能量這一宇宙加速膨脹背後的神秘物理學現象 ,而 Perlmutter 超級計算機還將處理有著 「宇宙攝像機」 之稱的暗能量光譜儀(DESI)的數據。



據悉,暗能量光譜儀由美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室管理,暗能量的主要發現者是美國伯克利實驗室的天體物理學家索爾・珀爾默特(Saul Perlmutter)。


索爾此前的部分工作正是在美國國家能源研究科學計算中心的相關設備上進行的,他也因此獲得 2011 年諾貝爾物理獎,Perlmutter 超級計算機的命名正是為了紀念他。在 5 月 27 日的啟動儀式上,索爾也在線上致以祝賀。



暗能量之所以難以捕捉到,是因為人類根本無法感受到它的侵入。按照當前主流模型來計算,假如暗物質粒子是質量為 100GeV(約 100 個質子的質量)的超對稱粒子,那麼我們周圍的暗物質粒子密度大約是每立方米五千個,雖然暗物質粒子每時每刻都在 「侵入」 人類五官,但我們卻毫無感知。在此之前,即便利用地球上最靈敏的探搏鏈測設備,也很難捕捉到這個 「靈活的妖怪」。



在 Perlmutter 超級計算機正式啟動的十天前,5 月 17 日,暗能量光譜儀已經作為 「開路先鋒」 先行啟動,啟動後將開始為期 5 年的宇宙 探索 之旅。此前,暗能量光譜儀已進行了為期四個月的試運行,期間捕獲了 400 萬個星系的光譜,這超過了以往所有光譜調查的總和。


據了解,暗能量光譜儀位於美國亞利桑那州基特峰天文台一台直徑 4 米的望遠鏡上,其核心是 5000 個獨立的鉛筆大小的機器人,每個機器人控制一個光纖眼,它們的工作就是聯合起來捕捉光波,暗能量光譜儀的每次曝光可讓機器人捕獲多達 5000 個星系。



通過捕獲和研究宇宙中數千萬個星系、以及其他遙遠物體的光,暗能量光譜儀 將創基歲孫建出迄今最大、最精細的星系三維圖譜,並希望藉此揭示暗能量的奧秘,加深人類對宇宙的理解。


該項目的共同發言人、法國替代能源和原子能委員會的宇宙學家納塔莉・帕蘭克 — 德拉布維爾(Natalie Palanque-Drabwell)表示,大約 10 年前他們開始設計該儀器,暗能量光譜儀旨在更好地了解暗能量。未來,暗能量光譜儀可讓研究人員精確地解決以下兩個問題:什麼是暗能量?以及引力遵循廣義相對論定律的程度有多少?只有理解這雀耐兩個問題,人類才能具備理解宇宙的基礎。



1998 年,科學家首次發現暗能量存在的有力證據,並發現這是一種推動宇宙加速膨脹的神秘力量。宇宙微波背景輻射觀測實驗得出數據顯示, 宇宙中的暗能量高達 68.3%,暗物質則有 26.8%,普通物質只有 4.9%。正因此,科學家將暗能量與暗物質稱為 「21 世紀初物理學天空存在的兩朵烏雲」。



其中涉及到一種紅移現象,它指的是當宇宙膨脹時,星系之間的距離會變遠,這些星系的光會變成更長、更紅的光波,因此稱之為紅移。其規律是星系越遠,紅移就越大。


測量星系紅移之後,研究人員將製作一張宇宙 3D 地圖,通過研究相關星系在地圖上的詳細分布,科學家有望在暗能量的影響和性質上產生新的見解。



美國能源部負責高能物理的副主任吉姆・西格里斯特(Jim Siegrist)表示,這是首個開始進行科學調查的下一代暗能量的項目。除研究暗能量之外,暗能量光譜儀取得的數據集,還將用於天體物理學領域。


該項目負責人、伯克利實驗室的邁克爾・列維(Michael Levy)解釋說,暗能量光譜儀的獨特之處在於,能測量比以往任何時候都多 10 倍的星系光譜,而且可以收集到 110 億年前天體發出的光。


對此,黃慶國告訴 DeepTech:「光譜巡天的最大的好處在於能為宇宙描繪出一幅前所未有的細致的三維天圖。 通過這幅三維天圖,人們不僅能在宇宙尺度上了解暗能量產生的排斥力量是如何推動宇宙加速膨脹的,還能窺視這種排斥力量對於宇宙結構形成的影響過程。甚至,它還能在宇宙尺度上幫助檢驗愛因斯坦的廣義相對論正確與否。」


此外,憑借 Perlmutter 超級計算機的 GPU 速度,研究人員能及時捕捉每晚幾十次曝光,從而確定第二天晚上暗能量光譜儀應該對準的位置。而在此前系統中,研究人員尚未使用 Perlmutter 超級計算機,那時需要幾周乃至幾月才能完成全年數據的發布准備工作,有了 Perlmutter 超級計算機,能以此前 20 倍的速度處理上述幾十次的曝光資料,只需幾天就能完成同樣的任務。


其中,6000 個英偉達 A100 GPU 給 Perlmutter 超級計算機提供了近 4 百億億次混合精度性能,這將幫助科學家拼合宇宙三維地圖,從而去 探索 綠色能源的原子內的相互作用。


據英偉達表示,通過本次合作,在 AI 使用的 16 位和 32 位混合精度數學運算方面,Perlmutter 超級計算機也成為目前全球最快的系統、以及最大的 A100 賦能系統,其搭載 6144 塊英偉達 A100 Tensor Core GPU,可支持物理學、氣象科學等領域的 20 多種應用。另據悉,今年晚些時候,Perlmutter 超級計算機將在美國勞倫斯伯克利國家實驗室開展第二階段的項目。



據悉,傳統超級計算機很難在幾納秒內使用 Quantum Espresso 這種開源計算機代碼套件,來處理在模擬多個原子時所需的數學運算。然而,如果把 Quantum Espresso 的高精度模擬與機器學習相結合,科學家們可以在更長時間內研究更多原子。


美國國家能源研究科學計算中心的應用性能專家布蘭登・庫克(Brandon Cook)表示:「以前我們不可能針對電池介面這樣的大型系統進行完整的原子模擬,但現在科學家們計劃用 Perlmutter 超級計算機來進行這一模擬。」 目前,布蘭登正在參與啟動此類項目。


其中,英偉達 A100 中的 Tensor Core 可在這些方面發揮相應作用,A100 不僅能加速用於模擬的雙精度浮點數學運算,還能加速深度學習所需的混合精度計算。


另外,英偉達開源代碼 RAPIDS 也將加快美國國家能源研究科學計算中心的 Python 程序員團隊的工作速度。相比此前的 CPU,它使該中心的科里(Cori)超級計算機網路流量分析速度加快了近 600 倍。



在暗能量研究方面,中國也在加速快跑,黃慶國告訴 DeepTech:「自從二十世紀末暗能量被發現以來,中國的物理學家和天文學家在暗能量的研究方面取得了很多重要成果。最具代表性的是提出了一系列具有國際影響力的暗能量模型比如全息暗能量模型、宇宙年輪暗能量模型以及精靈暗能量模型等。當然,我們依然要清醒地認識到,暗能量的本質目前仍是未解之謎,需要全世界的科學家繼續努力去揭開謎團。」

C. 什麼是超級計算機是哪個國家發明的 叫什麼名字 它的運算速度是多少

什麼是超級電腦呢?按照美國傳統詞典的解釋,它是一種主機
電腦,是在一定時期內可以得到的一種最大的、運行速度最快 的、功能最強的電腦。超級電腦可以進行高速度和大存儲量的 計算。

*超速運算*

超級電腦的速度有多快呢?德國曼海姆大學、美國的田納西大 學和美國能源部的勞倫斯-伯克利實驗室的專家指出,目前全 球速度名列前茅的五百部超級電腦中,速度最慢的,每秒鍾能 運算將近兩千億次。而在速度最快的一批電腦中,有47台每秒 鍾運算次數超過了一萬億次。其中的冠軍是日本研製的超級電 腦,名叫「地球模擬器」,每秒能進行的浮點運算次數接近36 萬億次。 這還剛剛達到了理論速度極限的87%,也就是說,可 能還有增加的潛力。

不過運算次數接近36萬億次,是個理論上的數字。而在實際應 用中呢,往往比理論數字要低一些。「地球模擬器」中心的負 責人說,這座超級電腦在運行一套氣象模型軟體的時候,速度 超過每秒26萬億次。在超級電腦領域,是「強中更有強中 手」的,是「江山代有才人出,各領風騷沒幾年」的。最 近,IBM,也就是國際商用機器公司,獲得了為美國能源部制 造兩台最快速的超級電腦的合同。這兩台電腦將把目前的世界 冠軍遠遠拋在後邊。這就是說,超級電腦將變得更加超 級。IBM的專家納爾遜說:「比起現狀來,這將是一大飛 躍。」

*IBM新秀*

IBM 的這兩台新機器,一台叫「藍色基因」,計算速度可以 達到每秒鍾360萬億次。另一台叫ASCI 紫色,運算速度每秒鍾 100萬億次。這分別是現有的最快的超級電腦的將近3倍到十 倍。而兩部電腦合起來,每秒鍾能聯合運算四百六十萬億次。 數據處理能力相當於目前世界上五百部功能最強大的超級電腦 的總和的一倍半。

這些速度是個什麼概念呢?讓我們拿個人電腦來比一比。【合 眾國際社】說,現在最快的個人電腦每秒鍾能處理10億條指 令,而超級電腦的浮點運算要比這復雜得多。 IBM 表示,未 來的「藍色基因」超級電腦處理信息的速度相當於普通家用電 腦的四十萬倍。IBM網際網路技術和戰略部的負責人納爾遜說: 「一些科學家說,這是有史以來第一次,電腦有了和人腦一樣 的對信息進行粗處理的能力。」

*深藍下棋*

超級電腦的用途是什麼呢?可以從事模型處理,一些大公司用 它來開發產品和檢驗產品的應用。一些政府機構用它來進行大 規模試驗、計算和研究。例如現有的一台IBM超級電腦叫「白 色」,它的運算速度是每秒7.2萬億次,它用於模擬核爆炸和 宇宙的形成、從事飛行器設計、葯物合成等。超級電腦可以用 於觀察氣象、預測天氣。這個工作涉及的因素很多,用超級電 腦來估算比較容易算準。而預測地震呢,所需要的計算就更復 雜了,即使是現在最快的超級電腦「地球模擬器」也做不 到。「地球模擬器」中心的負責人說,他希望,下一代 的「地球模擬器」能預測地震。

超級電腦還有個用途是監視那些從外太空飛向地球的物體,看 看它們到底是隕石、太空船、掉落的人造衛星還是UFO,也就 是,不明飛行物。夏威夷的一個高性能電腦中心有一台IBM超 級電腦就是干這個的。它能迅速的把太空望遠鏡拍下的模糊影 像轉換為清晰的移動圖像,以便美國空軍看出那究竟是什麼東 西。這個超級電腦每秒能運算4800億次,比IBM超級電腦「深 藍」要快上將近40倍。「深藍」曾經在1997年和國際像棋大 師卡斯帕羅夫下棋,下贏了。

IBM計劃建造的兩台功能最強大的超級電腦將用於模擬核武器 試驗以及從事其它科學研究。IM從明年開始在北加州的利弗 莫爾國家實驗室安裝這兩台機器,估計2005 年完工。電腦實 驗室科研人員不等完工就將部份的使用「ASCI 紫色」電腦。 美國能源部將用它來模擬核武器爆炸,而不用進行地下核試 爆。

*核武模擬*

利弗莫爾國家實驗室核武器項目負責人、物理學家布魯斯-古 德溫說:「ASCI紫色」機是核武器物理學家十分盼望的機 器。長期以來,他們夢想進行逼真的氫彈爆炸立體模擬,新電 腦讓科學家如願以償。這樣的模擬,需要超級電腦分秒不停的 連續運算兩個月。科學家們通過模擬解決核武器老化等問題, 改進並設計新武器。

另一台超級電腦「藍色基因」可以儲存相當於十億部書的信 息,可以模擬各種物理現像,預測材料的性能、烈性炸葯 的「行為」以及地球大氣層和污染源之間的相互作用等等,可 以用於氣象研究,例如颶風預報,以及生物學的DNA 分 析。IBM的專家納爾遜說:「這些機器能從事氣象、核武 器、DNA分子等各方面的,比過去先進得多的模型建造。」

關於IBM計劃製造的這兩台超級電腦之間的區別,物理學家古 德溫說:「藍色基因」有如超音速戰斗機,速度快但功能比較 少,而「ASCI 紫色」象是747客機,功能更多,但是飛行速 度比較慢。

*硬體結構*

在硬體結構方面,超級電腦的機身,往往不是一個,而是一 群;所佔的地方,往往不是一點,而是一片。有不少超級電 腦是龐然大物。例如[ASCI 紫色]電腦重一百九十七噸,體積 相當於兩百個電冰箱的大小;裡面有二百五十多公里長的光纖 和銅制的電纜,具有超強的存儲功能。

微處理器,或者叫微處理晶元,相當於電腦的大腦。現在, 單個的晶元的速度遠遠達不到超級電腦的運算速度,那麼超級 電腦的速度從何而來呢?是通過聯合使用大量晶元而創造的。 有些超級電腦乾脆就是由一大批個人電腦組成的電腦群。這采 用的是「螞蟻雄兵」的戰略。 IBM公司超級電腦部門的副總 裁戴維·圖瑞克表示,超級電腦其實是一組組的電腦經由軟體 結合起來,步調一致,能象一台電腦一樣的運作。

一台個人電腦一般有一兩個微處理晶元,相比之下,超級電 腦「白色」使用了8000多個處理器,協同動作。而NEC,也 就是日本電氣公司研製的「地球模擬器」呢,採用了常見的平 行架構,使用了5000多個處理器。「藍色基因」將使用十三 萬個IBM 最先進的Power5 微處理器。[ASCI 紫色]電腦使用大 約一萬兩千六百個IBM 新型晶元,

微處理器那麼多,難免有的處理器會失靈。IBM的專家納爾遜 說,新的電腦系統將能自動繞過失靈的部件。納爾遜說: 「最大的挑戰是,製造一台可以自己管理自己的電腦。我們必 須研製出可以監督每個芯 片健康狀況的軟體。在出現問題的 時候,可以通過備用晶元或者叫候補晶元來完成任務,而不必 關機更換晶元卡。」

*信息傳送*

除了處理信息的速度問題,還有信息的傳送速度問題。 也就 是說,需要有足夠的信息及時傳過來以便讓處理器來處理,否 則處理器就會停工待料。如果超級電腦不能很快地從記憶里提 取數據,那麼超速處理的能力也就沒用了。田納西大學的超級 電腦專家唐加拉說,發展『快速提取』來支持『高速運 作』,是IBM面臨的一個挑戰。唐加拉說: 「這個挑戰是, 要在電腦內設立一個網路,讓所有的數據快速溝通,從而使處 理器工作的時候不必等待。目前,製造高性能電腦的關鍵障礙 在於解決數據傳輸的瓶頸問題。」

*光導技術*

未來的超級電腦會採用什麼新技術來更上一層樓呢?IBM 的超 級電腦部門負責人納爾遜說,光學技術,也就是利用玻璃纖維 而不是用金屬導線來傳遞信號,能夠提高處理速度。納爾遜 說: 「這實際上是下一代的超級電腦了。這意味著,使用光 學信號交換器和光學網路把超級電腦的各個部件連接到一起, 可以使整個系統的效率提高十倍,甚至一百倍。」

*造價昂貴*

名列前茅的超級電腦的造價如何呢?最近IBM 和美國能源部簽 訂的製造超級電腦的合同,價值兩億九千萬美元。而NEC 的「地球模擬器」,造價是4億美元。為什麼美國的兩台更先 進的超級電腦的造價,比日本的這一台超級電腦還要低呢?這 是因為日本的超級電腦使用的處理器是專門為超級電腦設計 的,所以比較貴。而美國的超級電腦使用的處理器是能在商業 上通用的,能大批量生產的,因此比較便宜。所以,今年4 月,當NEC從美國手中奪走超級電腦冠軍稱號之後,有的美國 學者不甘示弱,強調在評比超級電腦的時候不能只看運算速 度,更要看工作效率和性能價格比。

*IBM領先*

今日之世界,哪個國家使用和製造超級電腦最多呢?是美國。 根據德國曼海姆大學、美國的田納西大學和聯邦能源部的專家 在十一月中旬公布的關於全球頭五百部超級電腦的聯合報告, 這些電腦有46% 置在美國,有91%美國製造的。如果單論技術 性能,NEC的「地球模擬器」暫時技壓群雄。而若論商業市 場,則是IBM遙遙領先。今年8月,信息產業的評級機構IDC 發表了「全球高性能運算市場營收報告」。報告顯示,在全球 使用超級電腦的公司機構中,IBM產品占的份額最多,名列第 二的是新惠普公司。此外,NEC、美國的升陽公司和克雷公司 也這一領域競爭。

*國家資助*

為什麼美國在超級電腦領域領先呢?除了美國科技發達,人才 濟濟和財力雄厚的因素之外,幾十年來美國的核武器研究也帶 動了超級電腦工業的發展。最先進超級電腦的第一台經常被國 家武器實驗室購買。冷戰期間在內華達州進行的核試驗取消 後,核武器研究人員對電腦功能的需求更迫切了。美國的超級 電腦有許多安裝在國家實驗室。世界上功能排名第二和第三的 [惠普公司]的ASCI Q 電腦都在阿拉莫國家實驗室,排名第四 的「 ASCI 白色」超級電腦在利弗莫爾國家實驗室。

*排行效應*

和個人電腦相比,超級電腦的市場非常小。那麼,為什麼象 IBM 這樣的公司這么賣力氣來研製超級電腦呢?伯克利國家能 源實驗室計算中心負責人霍斯特說:登上五百大超級電腦的排 行榜首,就象獲得奧林匹克金牌;不少公司用這份名單來影響 他們的顧客。田納西大學的唐加拉說: 「這些公司是在用這 樣的研究工作來幫助他們的技術發展。」唐加拉說: 「這也 是改良產品的途徑。這些尖端技術會滲透到我們的日常用品 中。」

BM 期待把用於兩台超級電腦的Power5 晶元,從明年起用於商 業用的電腦伺服器,隨後用於台式電腦,還可能用於電子游戲 機。IBM 希望晶元的商業應用換來利潤回報。

D. 世界上的超級電腦

在西雅圖舉行的SC11大會上公布的全球超級計算機TOP500排行榜上,日本“京”(K Computer)以跨越1億億次每秒的計算能力繼續占據榜首的位置。同時在計算能力排在前十位的系統中,有兩套超級計算機系統是來自中國的,它們分別是來自部署在天津的“天河一號”以及部署在深圳的“曙光星雲“高效能計算系統。下面就讓我們來看看在這個星球上計算能力最強大的系統。
世界上超級電腦種類

1.K Computer 首個跨越億億次運算的超級計算機

世界上最快的超級計算機“京”(K Computer)是日本RIKEN高級計算科學研究院(AICS)與富士通的聯合項目。“京”(K Computer)沒有使用GPU加速,而是完全基於傳統處理器搭建。“京”(K Computer)的最大性能四倍於排在第二位的“天河一號”。現在的“京”(K Computer)配備了88128顆富士通SPARC64 VIIIfx 2.0GHz八核心處理器,核心總量705024個,最大計算性能10.51Petaflop/s,峰值性能 11.28038 Petaflop/s,同時效率高達93.2%,總功耗為12659.9千瓦。

2.天河一號

曾經的王者位於中國天津國家超級計算機中心的“天河一號系統”在最新的排行榜中位列第二。計算能力達到2.57 petaflop/s。去年,天河一號還曾在TOP500排行榜中排名榜首。天河一號採用了CPU+GPU的混合架構。配有14336顆Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心處理器、7168塊NVIDIA Tesla M2050高性能計算卡,以及2048顆我國自主研發的飛騰FT-1000八核心處理器,總計20多萬顆處理器核心,同時還配有專有互聯網路。造價在6億 人民幣以上。

3.JAGUAR XT5 用於民用的超級計算機

“JAGUAR”超級計算機系統隸屬於美國能源部,坐落於美國橡樹嶺國家實驗室。“JAGUAR XT5”系統由美國國家科學基金會出資、Cray公司建造、田納西大學和國家計算科學研究院共同擁有。它曾在2010年6月的TOP500排行榜中排名第一。“JAGUAR”是一台民用計算機,採用AMD Magny-Cours核心六核Opteron處理器,其最大計算能力為1.75 petaflop/s。主要用於模擬氣候變化、能源產生以及其他基礎科學的研究。

4.曙光星雲 採用自主設計的HPP體系結構

“星雲”坐落於我國深圳國家超級計算機中心。“星雲”系統運算峰值達到3 petaflop/s,最大計算性能1.271 petaflop/s,並且是中國第一台、世界第三台實現雙精度浮點計算超千萬億次的超級計算機,且其單位耗能所提供的性能達到了4.98億次/瓦。

“星雲”超級計算機採用自主設計的HPP體系結構,由4640個計算單元組成,採用了高效異構協同計算技術,系統包括了9280顆通用CPU和4640顆專用GPU組成。計算網路採用了單向40Gbps QDR Infiniband技術,核心存儲採用了自主涉及的Parastor高速IO系統。

5.Tsubame 2.0 加入多種新硬體技術

Tsubame 2.0超級計算機是東京工業大學和NEC、HP聯合推出的。Tsubame 2.0的速度是Tsubame 1.0的30倍,這款超級計算機配置2816顆 Intel Westmere 處理器和4224顆 NVIDIA Tesla M2050 GPU,並加入了DRAM和SSD等新硬體產品並採用Linux和Windows雙系統。現在東京工業大學正著手制定Tsubame3.0的計劃。

6.Cielo 為國家級實驗室計算提供支持

在西班牙語中Cielo是“天空”的意思。Cielo現今為Los Alamos、Sandia以及Livermore三個國家級實驗室提供計算支持。Cielo超級計算機基於Cray公司下一代的Baker架構,並使用AMD最新的Magny-Cours架構處理器,計算節點方面Cielo則採用雙子星相互連接。

7.Pleiades 獨有的Lustre文件系統

Pleiades超級計算機系統為位於美國加利福尼亞的NASA Ames研究中心提供計算支持。Pleiades由4核Harpertown和6核Westmere構成,內核數為81920個。同時網路連接架構使用infiniband方式。Pleiades的最大計算能力達到1.09 petaflop/s。並使用了超級計算機特有的Lustre文件系統。

8.HOPPER 以海軍女少將命名的超級計算機

HOPPER超級計算機系統是以美國海軍女少將Grace Hopper的名字命名,Grace Hopper也是軟體及編程語言的先驅者。現今HOPPER位於勞倫斯伯克利國家實驗室的國家能源研究科學計算中心。HOPPER採用了CrayXE6系統單元,包含AMD十二核心的Opteron6172處理器,總共具備153408個內核,最大運算能力達到了1.05petaflop/s。

9.Tera-100 歐洲大陸最強的超級計算機

Tera-100是目前歐洲計算最強的超級計算機。Tera-100系統的理論峰值性能為1.25Petaflop/s,最大計算性能約為1Petaflop/s。Tera-100去年3月完成搭建,5月26日正式加電啟動。Tera-100由4300個bullxS系列伺服器組成。系統部署了140000顆Intel Xeon7500處理核心,內部存儲器容量為300TB,外部存儲器容量達到了20PB,全局文件系統的吞吐量為500GB/s。Tera100將被用於法國核武器模擬項目。

10.Roadrunner 混合式超級計算機

坐落於美國Los Alamos實驗室的Roadrunner超級計算機系統曾在2008年6月的TOP 500排行榜名列首位。它也是全球第一個運算能力超過1 petaflop/s的超級計算機系統。

E. 超級計算機的排名爭奪

2011年6月21日國際TOP500組織宣布,日本超級計算機「京」(K computer)以每秒8162萬億次運算速度成為全球最快的超級計算機。由日本政府出資、富士通製造的巨型計算機「K Computer」落戶日本理化研究所,並成功從中國手中奪回運算速度排行榜第一的寶座。以每秒8162萬億次運算速度成為全球最快的超級計算機。 「K Computer」當前運算速度為每秒8千萬億次,而到2012年完全建成時,其運算速度將達到每秒一萬萬億次。「K Computer」比現居第二的中國超級計算機速度快出約3倍,甚至比排名第2至第6的計算機運算速度總和還要快。
2012年6月18日,國際超級電腦組織18日公布最新的全球超級電腦500強名單,世界上運算速度最快的超級計算機是由IBM為美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室研發的Sequoia,它每秒能完成1.6億億次運算,美國超級電腦重奪世界第一寶座,而中國超級電腦排名第五。美國的超級電腦技術在2011年中突飛猛進,由美國國際商業機器山擾蠢公司(IBM)最新研製的超級計算機「紅杉」(Sequoia),為美國奪得全球最快超級計算機寶座。這是繼2009年後美國再次奪回「世界第一電腦」的頭銜。「紅杉」的持續運算測試達到每秒16.324petaflops,即每秒16324萬億次運算,其峰值運算速度高達每秒20132萬億次,令其他計算機望塵莫及。IBM研製開發的另一台超級電腦「米拉逗陪」以每秒8162萬億次的運算速度名列第三李租,安裝在美國能源部所屬的阿貢國家實驗室。日本理化學研究所與富士通(Fujitsu)共同研發和組裝中的超級電腦「京」在名單中位居亞軍,其測試速度上升到每秒運算速度10510萬億次,峰值運算速度11280萬億次。排名前十的超級計算機系統實測運算速度都超過每秒千萬億次,其中美國的超級計算機有3個,中國和德國2個,日本、法國和義大利各1個。中國國家超級計算天津中心的「天河一號」超級電腦在最新排名中名列第五;另外超級計算深圳中心的「星雲」超級電腦排名第十。 2012年10月,隸屬於美國能源部的橡樹嶺國家實驗室將美洲虎改裝為「泰坦」(Titan),重新成為世界上最快的超級計算機。
2013年6月17日,在德國萊比錫開幕的2013年國際超級計算機大會上,TOP500組織公布了最新全球超級計算機500強排行榜榜單,中國國防科技大學研製的天河二號超級計算機,以每秒33.86千萬億次的浮點運算速度奪得頭籌,中國「天河二號」成為全球最快超級計算機。
2014年6月23日,在德國萊比錫市發布的第43屆世界超級計算機500強排行榜上,中國超級計算機系統「天河二號」再次位居榜首,獲得世界超算「三連冠」,其運算速度比位列第二名的美國「泰坦」快近一倍。
2010年,由國防科技大學研製的天河一號在超算排行榜上首次奪冠,2013年,天河二號又兩度位列榜首,現在,天河二號第3次被評為全球最快的計算機,獲得世界超算三連冠,也成為天河系列超級計算機第4次居世界超算之巔。

F. 請問什麼是巨型計算機

巨型計算機是一種超大型電子計算機。具有很強的計算和處理數據的能力,主要特點表現為高速度和大容量,配有多種外部和外圍設備及豐富的、高功能的軟體系統。

巨型計算機實際上是一個巨大的計算機系統,主要用來承擔重大的科學研究、國防尖端技術和國民經濟領域的大型計算課題及數據處理任務。如大范圍天氣預報,整理衛星照片,原子核物的探索,研究洲際導彈、宇宙飛船等,制定國民經濟的發展計劃,項目繁多,時間性強,要綜合考慮各種各樣的因素,依靠巨型計算機能較順利地完成。

對巨型計算機的指標一些家這樣規定:首先,計算機的運算速度平均每秒1000萬次以上;其次,存貯容量在1000萬位以上。如我國研製成功的"銀河"計算機,就屬於巨型計算機。巨型計算機的發展是電子計算機的一個重要發展方向。它的研製水平標志著一個國家的科學技術和工業發展的程度,體現著國家經濟發展的實力。一些發達國家正在投入大量資金和人力、物力,研製運算速度達幾百億次的超級大型計算機。

在一定時期內速度最快、性能最高、體積最大、耗資最多的計算機系統。巨型計算機是一個相對的概念,一個時期內的巨型機到下一時期可能成為一般的計算機;一個時期內的巨型機技術到下一時期可能成為一般的計算機技術。現代的巨型計算機用於核物理研究、核武器設計、航天航空飛行器設計、國民經濟的預測和決策、能源開發、中長期天氣預報、衛星圖像處理、情報分析和各種科學研究方面,是強有力的模擬和計算工具,對國民經濟和國防建設具有特別重要的價值。

據統計,計算機的性能與使用價值的平方成正比,即所謂平方律。按照這一統計規律,計算機性能越高,相對價格越便宜。因此,隨著大型科學工程對計算機性能要求的日益提高,超高性能的巨型計算機將獲得越來越大的經濟效益。

一、巨型計算機的發展概況

50年代中期的巨型機有 UNIVAC公司的LARC機和 IBM公司的 STretch機。這兩台計算機分別採用了指令先行控制、多個運算單元、存儲交叉訪問、多道程序和分時系統等並行處理技術。60年代的巨型機有CDC6600機和7600機,它們都配置有多台外圍處理機,主機的中央處理器含有多個獨立並行的處理單元。70年代出現了現代巨型計算機,其指令執行速度每秒已達5000萬次以上,或每秒可獲得2000萬個以上的浮點結果。

現代巨型機經歷了三個發展階段。第一階段有美國ILLIAC-Ⅳ(1973年)、STAR-100(1974年)和ASC(1972年)等巨型機。ILLIAC-Ⅳ機是一台採用64個處理單元在統一控制下進行處理的陣列機,後兩台都是採用向量流水處理的 向量計算機 。1976年研製成功的CRAY-1機標志著現代巨型機進入第二階段。這台計算機設有向量、標量、地址等通用寄存器,有12個運算流水部件,指令控制和數據存取也都流水線化;機器主頻達80兆赫,每秒可獲得8000萬個浮點結果; 主存儲器 容量為100~400萬字(每字64位),外存儲器容量達10 9 ~10 11 字;主機櫃呈圓柱形,功耗達數百千瓦;採用氟里昂冷卻。圖中為這種機器的邏輯結構。中國的「銀河「億次級巨型計算機(1983年)也是多通用寄存器、全流水線化的巨型機。運算流水部件有18個,採用雙向量陣列結構,主存儲器容量為200~400萬字(每字64位),並配有磁碟海量存儲器。這些巨型機的系統結構都屬於單指令流多數據流(SIMD)結構。80年代以來,採用多處理機(多指令流多數據流MIMD)結構、多向量陣列結構等技術的第三階段的更高性能巨型機相繼問世。例如,美國的CRAY-XMP、CDCCYBER205,日本的S810/10和20、VP/100和200、S×1和S×2等巨型機,均採用超高速門陣列晶元燒結到多層陶瓷片上的微組裝工藝,主頻高達50~160兆赫以上,最高速度有的可達每秒5~10億個浮點結果,主存儲器容量為400~3200萬字(每字64位),外存儲器容量達10 12 字以上。

還有一類專用性很強的巨型機。例如,美國哥德伊爾宇航公司的巨型並行處理機MPP,由16384個處理器組成128×128的方陣,專用於衛星圖像信息的高速處理,8位整數加的處理速度可達每秒60億次,32位浮點加可達每秒1.6億次。英國ICL公司研製的分布式陣列處理機專用系統DAP,由 4096個一位 微處理器 和一台大型系列機2900組成,最高速度可達每秒1億個64位的浮點結果。

二、巨型計算機的組成

巨型機主機由高速運算部件和大容量快速主存貯器構成。由於巨型機加工數據的吞吐量很大,只有主存是不夠的,一般有半導體快速擴充存貯器和海量(磁碟)存貯子系統來支持。對大規模數據處理系統的用戶,常需大型聯機磁帶子系統或光碟子系統作為大量信息數據進/出的媒介 。巨型機主機一般不直接管理慢速的輸入/輸出(I/O)設備,而是通過I/O介面通道聯結前端機,由前端機做I/O的工作,包括用戶程序和數據的准備、運算結果的列印與繪圖輸出等。前端機一般用小型機。I/O的另一種途徑是通過網路,網上的用戶藉助其端機(微機、工作站、小型大型機)通過網來使用巨型機,I/O均由用戶端機來做。網路方式可大大提高巨型機的利用率。

三、巨型機技術

並行處理是巨型機技術的基礎。為提高系統性能,現代巨型機都在系統結構、硬體、軟體、工藝和電路等方面採取各種支持並行處理的技術。

數據類型為便於高速並行處理, 中央處理器 的數據類型除傳統的各類標量外,都增加了向量或數組類型。向量或數組運算的實質,是相繼或同時執行一批同樣的運算,而標量運算只處理一個或一對操作數,故向量運算速度一般比標量運算速度快得多。

硬體結構現代巨型機硬體大多採用流水線、多功能部件、陣列結構或多處理機等各種技術。流水線是把整個部件分成若干段,使眾多數據能重疊地在各段操作,特別適於向量運算,性能-價格比高,應用普遍。多功能部件可以同時進行不同的運算,每個部件內部又常採用流水線技術,既適合向量運算又適合標量運算。中國的「銀河」機和日本的 VP/200、S810/20機進一步將每個向量流水部件或向量處理機加倍,組成雙向量陣列,又把向量運算速度提高了兩倍。美國CYBER-205機的向量處理機可按用戶需要組成一、二或四條陣列式的流水線,技術上又有所發展。多處理機系統以多台處理機並行工作來提高系統的處理能力,各台處理機可以協作完成一個作業,也可以獨立完成各自的作業。每台處理機內部也可採用各種適宜的並行處理技術。在任務的劃分與分配、多處理機之間的同步與通信和 互連網路 的效益等方面,多處理機系統尚存在不少問題有待解決。現代巨型機採用的主要還是雙處理機系統(如CRAY-XMP)和四處理機系統(如HEP)。

向量寄存器為降低存儲流量和頻帶寬度的要求,並解決短向量運算速度低的問題,第二階段的巨型機採取了向量寄存器技術。CRAY-1機設有8個向量寄存器,所有向量運算指令都面向向量寄存器和其他通用寄存器。為更有力地支持各運算流水部件高度並行地進行各自的向量運算,日本的VP/100和S810等第三階段的巨型機設有龐大的向量寄存器,總容量達64K位元組。

標量運算標量運算速度對巨型機系統綜合速度的影響極大。為此,除增設標量寄存器、標量後援寄存器或標量 高速緩沖存儲器 以及採用先進的標量控制技術(如先行控制等)外,還可採用專作標量運算的功能部件和標量處理機等技術。例如,CRAY-1機的多功能部件中,有6個專作標量和地址運算,3個兼作標量浮點運算,標量運算速度可達每秒2000萬次以上;CYBER205機專設標量處理機,含5個運算部件,標量運算速度可達每秒5000萬次以上。在提高向量運算速度的同時,進一步提高標量運算速度,盡可能縮小兩者的差距,已成為改善巨型機系統性能的重要研究課題。

主存儲器為使復雜系統的三維處理成為可能,要求主存儲器能容納龐大的數據量。80年代的巨型機容量已達256兆位元組。為與運算部件的速度相匹配,主存儲器必須大大提高信息流量。為此,主要的措施是:①採取較成熟的多模塊交叉訪問技術,模塊數量一般取2n,有的巨型機採用素數模新技術,以盡量避免向量訪問的沖突;②不斷減小每個模塊的存取周期,如CRAY-XMP機的存取周期為38納秒,S810機雖用靜態MOS存儲器,也只有40納秒,與雙極存儲相當;③增加主存儲器的訪問埠,如CRAY-XMP機的每台處理機與CRAY-1機相比,訪問埠由一個增加到四個,解決了存儲訪問的瓶頸問題。

輸入輸出通道巨型機不但配有數量較多的輸入輸出通道,如16~32個,而且具有較高的通道傳輸率。如CRAY-XMP機除一般通道外,還有兩個傳輸率為每秒100兆位元組的通道和一個傳輸率高達每秒1250兆位元組的通道。

固態海量存儲器為適應特大算題的大量數據在主存儲器和外存儲器之間的頻繁調度,新型的巨型機採用固態海量存儲器作為超高速外存儲器。CRAY-XMP機的固態存儲器採用MOS技術,容量為64~256兆位元組,傳輸率比磁碟快50~100倍。S810機的固態存儲器容量為256~1024兆位元組,傳輸率達每秒1000兆位元組。

大規模集成電路巨型機的 邏輯電路 都採用超高速ECL電路,門級延遲約為0.25~0.5納秒,晶元門數為幾十至一千以上;1984年日本已研製成功4K門陣列常溫砷化鎵晶元,級延遲約為50皮秒;用於向量寄存器的超高速雙極隨機存取存儲器的訪問時間為3.5~5.5納秒。

組裝工藝縮短機內走線長度和提高機器主頻,是提高巨型機速度的基礎。現代巨型機主頻有的已達 250兆赫以上。為此,除提高晶元的集成度和速度外,還採用微組裝等高密度多層組裝工藝。由此而來的散熱問題很突出,需要採取特殊的冷卻措施。

並行演算法和軟體技術為充分發揮巨型機的系統性能,必須研究各種並行演算法並研製並行化的軟體系統。針對特大型科學計算的特點,巨型機通常配置如下軟體:具有多重處理能力的批處理分布式 操作系統 、高效的匯編語言、向量FORTRAN或PASCAL、ADA語言和向量識別器、並行化標准子程序庫、科學子程序庫和應用程序庫、系統 實用程序 、診斷程序等。

G. 現代計算機運算速度是多少

現代計算機運算速度最快的是中國國防科學技術大學研製的「天河二號」。他以每秒33.86千萬億次的浮點運算速度,成為全球最快的超級計算機。時隔兩年半後,中國超級計算機運算速度重返世界之巔。

1946年誕生的ENIAC,每秒只能進行300次各種運算或5000次加法,是名符其實的計算用的機器。此後的50多年,計算機技術水平發生著日新月異的變化,運算速度越來越快,每秒運算已經跨越了億次、萬億次級。

(7)美國超級電腦有多少擴展閱讀:

2002年NEC公司為日本地球模擬中心建造的一台「地球模擬器」,每秒能進行的浮點運算次數接近36萬億次。十年之後,即2012年6月18日,國際超級電腦組織公布最新的全球超級電腦500強名單,美國超級電腦(超級計算機「紅杉」)重奪世界第一寶座。

「紅杉」持續運算測試達到每秒16324萬億次,其峰值運算速度高達每秒20132萬億次,令其他計算機望塵莫及。

「運算速度」是評價計算機性能的重要指標,其單位應該是每秒執行多少條指令。而計算機內各類指令的執行時間是不同的,各類指令的使用頻度也各不相同。計算機的運算速度與許多因素有關,對運算速度的衡量有不同的方法。

為了確切地描述計算機的運算速度,一般採用「等效指令速度描述法」。根據不同類型指令在使用過程中出現的頻繁程度,乘上不同的系數,求得統計平均值,這時所指的運算速度是平均運算速度。

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