超級計算機

張　偉

隨著電腦的普及，人們往往會將計算機等同于PC(個人電腦)。實際上，計算機可劃分為大型機、小型機、個人計算機、巨型機、小巨型機和工作站6類。其中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大并且價格最貴的是巨型(也稱超級)計算機。

1993年，美國勞倫斯·伯克利國家實驗室、田納西大學和德國曼海姆大學聯合推出每半年評選一次的全球超級計算機500強評選，使得超級計算機廠商競爭更激烈，進步更快。

超級計算機最早主要是為了滿足科學研究和軍方的需要，這讓它們顯得“高深莫測”。隨著人類科技的全方位發展使得需要超級計算機的領域日漸增多，超級計算機的商業價值也因此變得重要。超級計算機可分兩類，采用專用處理器或者采用標準兼容處理器。前者可以高效地處理同一類型問題，而后者則可一機多用，使用范圍比較靈活、廣泛。專一用途計算機多見于天體物理學、密碼破譯等領域。據統計，500強超級計算機有232個是非專用系統，服務于軍事、醫藥、氣象、金融、能源、環境和制造業等眾多領域。

世界上第一臺真正意義上的超級計算機誕生于1963年8月。它就是被稱為“巨型機之父”的西蒙·克雷設計制造的CDC6600。CDC6600共安裝了35萬個晶體管，運算速度為每秒百萬次浮點運算。20世紀70年代中后期，以向量超級計算為主的超級計算機開始陸續出現，如CDCCyber205和克雷1號。值得一提的是，1975年誕生的“克雷1號”實現了當時絕無僅有的超高速——可持續保持每秒1億次運算。而且，這臺超級計算機的體積并不巨大，就像一套開口的沙發圈椅，靠背處立著12個一人高的“大衣櫥”，占地不到7平方米，重量不超過5噸，共安裝了約35萬塊集成電路。1992年，英特爾推出Paragon超級計算機，它成為歷史上第一臺突破萬億次浮點運算屏障的超級計算機。

2002年，日本研制出當時世界上運行速度最快的超級計算機“地球模擬器”，運算速度高達每秒65萬億次，被全球的科學家用于進行地球變暖、颶風、地震、火山等方面的研究，日本的汽車廠商也利用它進行碰撞試驗和其他仿真活動。

1997年5月11日，這一天在人機挑戰賽上可以說是歷史性的一天。計算機在正常時限的比賽中首次擊敗了等級分排名世界第一的棋手。加里·卡斯帕羅夫以2.5：3.5輸給IBM的計算機程序“深藍”。機器的勝利標志著國際象棋歷史的新時代。

在2007世界超級計算機500強中，462臺由美國制造，其中283臺在美國。這次占據榜首的仍然是安裝在美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的“藍色基因／L”，它由美國IBM公司制造，每秒可以進行280.6萬億次浮點運算。日本產超級計算機8年多來首次跌出前10名。日本目前速度最快的超級計算機“燕”僅列第14名，曾經輝煌一時的“地球模擬器”已跌至第20名。中國上榜計算機共10臺(3臺由IBM制造，6臺由惠普制造，1臺為國產曙光4000A)。

超級計算機能否建立像科幻電影《黑客帝國》一樣的虛擬世界呢?據英國《新科學家》雜志報道，紐約布克海文國家實驗室(BNL)的邁克爾·麥克圭根認為，在未來幾年內將實現虛擬世界現實化，其逼真性完全能夠“以假亂真”。麥克圭根指出，紐約布克海文國家實驗室的世界上最快超級計算機藍色基因／L可以建立人工虛擬世界。藍色基因／L有18個組件架，每層組件架上有2000個標準計算機處理器，由此提供強大的運算處理能力。它可提供每秒103萬億次“浮點運算”。

根據推測，未來光子計算機的運算速度可能比今天的超級計算機快1000－1萬倍。而一臺具有5000個左右量子位的量子計算機可以在大約30秒內解決傳統超級計算機需要100億年才能解決的素數問題。

責任編輯趙新宇