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超级计算机：修订间差异

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=== 目前最快的超级计算机 ===
=== 目前最快的超级计算机 ===
*[[2010年]][[6月]]，世界最快的電腦，根據國際超級電腦大會Top500全球超級電腦統計仍然是[[美國]]田納西州橡樹嶺國家實驗室的「美洲豹」(Cray Jaguar)超級電腦，該電腦在測試中取得了1.75petaflops的運算分數。另外中國的超級電腦「[[星雲]]」系統也同時超越眾多歐日超級電腦，躍居全球第二位。

* [[2009年]][[10月]]，中国研制的第一台千万亿次超级计算机在湖南长沙亮相，这台名为[[天河一号]]的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。全系统峰值性能为每秒1.206PFlops。
* [[2009年]][[10月]]，中国研制的第一台千万亿次超级计算机在湖南长沙亮相，这台名为[[天河一号]]的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。全系统峰值性能为每秒1.206PFlops。


2010年6月1日 (二) 14:56的版本

超级计算机（英語：Super Computer），指在计算速度或容量上领先世界的电子计算机。它的体系设计和运作机制都与人们日常使用的个人电脑有很大区别。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒兆（万亿，非百万）次以上。因此无论在运算力及速度都是全球顶尖。「超级计算机」第一次被使用是在媒体“纽约世界”于1920年关于万国商业机器为哥伦比亚大学建造制表机的报导。

1960年代，超级计算机由希穆尔·克雷在Control Data Corporation裡设计出来并带领市场直到1970年代克雷创立自己的公司克雷研究。凭着他的新设计，他控制了整个超级计算机市场，并占据颠峰位置长达五年（1985-1990）。到了1980年代，正值小型电脑市场萌芽阶段，大量小型对手加入竞争。在1990年代中叶，很多对手受不了市场的冲击而消声匿迹。今天，超级计算机成了一种由像国际商用机器公司及惠普等大型电脑公司所特意设计的电脑。虽然这些公司通过不断并购其他公司而增强了自己的经验，但除他们以外的元老公司——克雷研究——依然是超级计算机领域的巨头。

克雷-2（Cray 2）－1985年至1989年時全球最快电脑

「超级计算机」一词并无明确定义，其含义随计算机业界的发展而发生变化。早期的控制数据公司机器可达十倍速于竞争对手，但仍然是比较原始的标量处理器。到了1970年代，大部分超级计算机就已经是矢量处理器了，很多是新晋者自行开发的廉价处理器来攻占市场。1980年代初期，业界开始转向大规模并行运算系统，这时的超级计算机由成千上万的普通处理器所组成。1980年代中叶，将适量的矢量处理器（一般由8个到16个不等）联合起来进行并行计算成为通用的方法。1990年代以后到21世纪初，超级计算机则主要由基于精简指令集（RISC）的处理器（譬如PowerPC或PA-RISC）互联进行并行计算而实行。

软件

分布式运算所用的软件包括一些标准的应用编程介面（如信息传递介面及并行虚拟机器）及开放源码软件（例如openMosix可以把很多普通的电脑联合成虚拟超级计算器）。

零设定技术方便了即兴建立电脑分布计算网络，而为超级计算机制作容易的编程语言仍然是运算科学的研究课题。

用途

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。

设计

超级计算机的创新设计在于把复杂的工作细分为可以同时处理的工作并分配于不同的处理器。他们在进行特定的运算方面表现突出，但在处理一般工作时却差强人意。他们的数据结构是经过精心设计来确保数据及指令及时送达——传递速度的细微差别可以导致运算能力的巨大差别。其输入／输出系统也有特殊设计来提供高带宽，但是这裡的数据传输延迟却并不重要——超级计算机并非数据交换机。

根据Amdahl's law，超级计算机的设计都集中在减少软件上的序列化、用硬体在瓶颈上加速。

挑战与科技

  • 超级计算机常产生高热，需要冷却。冷却是很大的通風空調[1]问题。
  • 资讯传送不能比光快。几米的距离导致几十纳秒的延误，而克雷著名的环型设计保持了最短距离。
  • 超级计算机在短时间耗用及生产大量数据，需要投入很多资源确保资讯妥善传送及存取。

因超级计算机而开发的科技：

处理技术

矢量处理因超级计算机而建立并用于高性能运算。矢量处理技术後来被用于普通电脑内的信号处理架构及单指令流多数据流（SIMD）。例如：电视游乐器、图像卡等。

操作系统

超级计算机操作系统虽然是UNIX的变种，但比小型电脑的复杂一点。一般都倾向减少开发它的用户介面，因为可以减少浪费资源在不必要的工作上。同样的道理应用到价值几百万的电脑身上。

1980年代初期，超级计算机通常会为了追求性能而牺牲指令集的兼容性及运载速度。它们会使用不同类型的操作系统。雷克－1曾使用6个专属操作系统及并行矢量版本的FORTRAN编译器。

编程

超级计算机的并行架构需要特别编程技术来提高速度。Fortran的专门编译器可以产生的源码，运行比C或C++的更快，所以Fortran仍然被选用作科学编程。为了开发超级计算机的并行性都使用紧接分享记忆的并行虚拟器及信息传递介面。

通用超级计算机的类型

大致上可以分为三种：

根据摩尔定律及经济规模，一个现代的桌面电脑比15年前的超级计算机有更高性能，皆因某些超级计算机的设计已经放在桌面电脑内。再者，简单晶片的开发及生产成本比特意设计给超级计算机的更便宜。

超级计算机所处理的问题都适合并行化，当中减少处理单元之间的资料传送量。因此，传统的超级计算机可以被电脑丛集所代替。

专用超级计算机

专用超级计算机都是针对单一问题而开发的电脑。这些电脑都使用专门编程的FPGA晶片及超大型密集晶片，纵然牺牲普遍性也要提高成本效能比率。它们被用于天文物理学及密码破解之上。

例子:

最快的超级计算机

首500强超级计算机排名榜可见于http://www.top500.org/

速度單位

超级计算机速度以每秒的浮点运算"FLOPS"来作量度单位。 常见的表示电脑中的数量或速度用的单位英汉对照如下：

1K=210=1,024

1M=220=1,024×1,024=1,048,576

1G=230=1,024×1,024×1,024=1,073,741,824

1T=240=1,024×1,024×1,024×1,024=1,099,511,627,776

1P=250=1,024×1,024×1,024×1,024×1,024=1,125,899,906,842,624

1E=260=1,024×1,024×1,024×1,024×1,024×1,024=1,152,921,504,606,846,976

1Z=270=1,024×1,024×1,024×1,024×1,024×1,024×1,024=1,180,591,620,717,411,303,424

1Y=280=1,024×1,024×1,024×1,024×1,024×1,024×1,024×1,024=1,208,925,819,614,629,174,706,176

（电脑中的进制在涉及缩写时通常是以210(1024)为进制，前綴縮寫參照國際單位制之SI prefixes。）

計畫中的超級電腦

2009年2月4日，IBM發表Sequoia超級電腦，運算速度約為20 Petaflops，主要為國家核能安全署（National Nuclear Security Administration）提供核子武器儲存模擬測試所需的運算能力，將放置於美國能源部加州的勞倫斯·利弗莫爾（Lawrence Livermore）國家實驗室，預計於2011年建設完成。

目前最快的超级计算机

  • 2010年6月，世界最快的電腦，根據國際超級電腦大會Top500全球超級電腦統計仍然是美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的「美洲豹」(Cray Jaguar)超級電腦，該電腦在測試中取得了1.75petaflops的運算分數。另外中國的超級電腦「星雲」系統也同時超越眾多歐日超級電腦，躍居全球第二位。
  • 2009年10月，中国研制的第一台千万亿次超级计算机在湖南长沙亮相，这台名为天河一号的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首，也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。全系统峰值性能为每秒1.206PFlops。
  • 2008年11月16日，美國超級電腦公司推出Jaguar系列，運算能力為1.059PFlops，採用45376顆四核心的Opteron處理器，362TB的記憶體，傳輸總頻寬284GB/Sec，硬碟容量10,750TB，內部的資料匯流排頻寬532TB/Sec。這台電腦將放置在美國的國家高速電腦中心，並開放給各界有需要的團體申請使用。

过往的超级计算机

  • 在地球模拟器之前，最快的超级计算机是美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室的ASCI White，它的冠军位置维持了2.5年。

类超级运算

  • 某些分布式运算把丛集超级运算推至极限。例如SETI@home计划现在平均有514.939 TeraFLOPS运算能力。[1].
  • GIMPS运算能力也高达18TFLOPS。

超級計算機時間線

由古至今：

年份 超級計算機 FLOPS 地點
1942年 Atanasoff–Berry Computer (ABC) 30 OPS 美國衣阿華州立大學
TRE Heath Robinson 200 OPS 英國帕雷屈裡莊園
1944年 Flowers Colossus 5 kOPS 英國Dollis Hill Post Office Research Station
1946年
  		UPenn ENIAC 100 kOPS 美國馬里蘭州戰爭部阿伯丁試基地
1954年 IBM NORC 67 kOPS 美國維珍妮亞州海軍試驗基地
1956年 MIT TX-0 83 kOPS 美國麻省理工大學
1958年 IBM AN/FSQ-7 400 kOPS 美國空軍23號基地
1960年 UNIVAC LARC 250 kFLOPS 美國加州羅蘭士利物摩亞國家實驗室
1961年 IBM 7030 "Stretch" 1.2 MFLOPS 美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室
1964年 CDC 6600 3 MFLOPS 美國加州羅蘭士利物摩亞國家實驗室
1969年 CDC 7600 36 MFLOPS
1974年 CDC STAR-100 100 MFLOPS
1975年 Burroughs ILLIAC IV 150 MFLOPS 美國加州NASA恩斯研究中心
1976年 Cray-1 250 MFLOPS 美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室
1981年 CDC Cyber 205 400 MFLOPS （世界很多地方）
1983年 Cray X-MP/4 941 MFLOPS 美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室，波音公司
1984年 M-13 2.4 GFLOPS 蘇聯莫斯科電腦科學研究學院
1985年 Cray-2/8 3.9 GFLOPS 美國加州羅蘭士利物摩亞國家實驗室
1989年 ETA10-G/8 10.3 GFLOPS 美國佛羅里達大學
1990年 NEC SX-3/44R 23.2 GFLOPS 日本府中市NEC府中廠
1993年 Thinking Machines CM-5/1024 65.5 GFLOPS 美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室;美國國家安全局
Fujitsu Numerical Wind Tunnel 124.50 GFLOPS 日本國家宇航實驗室
Intel Paragon XP/S 140 143.40 GFLOPS 美國山迪亞國家實驗室
1994年 Fujitsu Numerical Wind Tunnel 170.40 GFLOPS 日本國家宇航實驗室
1996年 Hitachi SR2201/1024 220.4 GFLOPS 日本東京大學
Hitachi/Tsukuba CP-PACS/2048 368.2 GFLOPS 日本築波市築波大學電算物理中心
1997年 Intel ASCI Red/9152 1.338 TFLOPS 美國山迪亞國家實驗室
1999年 Intel ASCI Red/9632 2.3796 TFLOPS
2000年 IBM ASCI White 7.226 TFLOPS 美國加州羅蘭士利物摩亞國家實驗室
2002年 NEC地球模擬器 35.86 TFLOPS 日本地球模擬器中心
2004年 IBM Blue Gene/L 70.72 TFLOPS 美國能源部/IBM
2005年 136.8 TFLOPS 美國能源部/NNSA/LLNL
280.6 TFLOPS
2007年 478.2 TFLOPS
2008年 IBM Roadrunner 1.026 PFLOPS 美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室
1.105 PFLOPS
2009年 Cray XT5 2.331 PFLOPS 美國橡樹嶺國家實驗室

科幻中的超级计算机

  • Matrix-「母體」是電影《駭客任務》（The Matrix）中，由機器所創造出的一個模擬環境，用以控制人類，並從人類身上吸取能源。
  • Skynet-「天網」是電影《魔鬼終結者》（The Terminator）中美國軍方所開發具有人工智慧的超級電腦，但後來它具有自我意識而以全人類為敵。
  • HAL 9000
  • TRANSLTR是丹·布朗（Dan Brown）的小說-《數位密碼》（Digital Fortress）中美國國家安全局（NSA）所暗中開發的超級電腦，主要用來監聽網際網路封包，破解一切可能對國家安全造成威脅的加密訊息，包括加密的電子郵件，但是它的存在不被政府所承認。

參考文獻

  1. ^ 英文原文為HVAC，即「heating, ventilation, and air conditioning」的首字母縮略字，中文直譯為「加熱、通風、空調」，是建築技術領域的一個子領域，這裡依照實際情形，略作「通風空調」，因為超级计算机運作時對加熱的要求顯然不高。請參見英文版維基百科條目[[:en:HVAC|]]。

参见

历史及概念

其他类型

超级计算机公司及系统

超级计算机

外部连结

资源

中心及组织

通用的超级计算机

专用的超级计算机

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