超級計算機之爭

超級計算機通常是指由數百數千甚至更多的處理器組成的、能計算大型復雜課題的計算機。超級計算機運算速度非常快，如果把普通計算機的運算速度比做成人的走路速度，那么超級計算機就達到了火箭的速度。世界頂尖超級計算機處理數據的速度相當于在幾秒鐘內把整個美國國會圖書館的資料全部輸入計算機。

超級計算機多用于國家高科技領域和尖端技術研究，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標志，對國家安全、經濟和社會發展具有舉足輕重的意義。沒有強大計算能力的超級計算機，宇宙飛船就不能上天，國家安全就做不到萬無一失，基因研究就無法繼續，復雜的氣象、勘探工作就難以精確。

經過我國科技工作者幾十年不懈地努力，我國的高性能計算機研制水平顯著提高，成為繼美國、日本之后的第三大高性能計算機研制生產國。

運算速度之爭

世界超級計算機500強排行榜被認為是計算機行業最重要的評比標準之一，也是研究機構科研實力的象征之一。在2008年下半年的排名中，美國在500強系統中擁有291臺高性能計算系統穩居榜首，歐洲從184臺系統下滑至151臺系統，亞洲占了47臺，其中日本18臺，中國16臺。

一年前，德國尤利希研究中心的超級計算機“尤金”還是世界上最快的民用超級計算機，但如今，它已經跌出了前10名。超級計算機領域可謂競爭激烈。人們往往翹首以盼每半年公布一次的超級計算機世界500強排行榜。

尤利希研究中心的丹尼爾·馬爾曼在前10名中沒有找到他們的計算機“尤金”。在2008年上半年的排名中，“尤金”在該名單上還位居第二。當時比它快的只有美國的一臺軍用超級計算機。在不到一年的時間里。就有9臺超級計算機超過了“尤金”，如“美洲豹”“巡邏兵”“昂宿星”等。全球計算最快的計算機“走鵑”是美國軍用計算機。

在2008年下半年的排名中，美國的軍用計算機“走鵑”成為全球計算最快的計算機。這臺超級計算機將被用來處理核武數據的軍事機密，其中包括模擬核子爆炸的瞬間，來幫助軍方確保年久的核武器能夠繼續正常運作。在投入軍事用途之前，也將先用于對一些復雜問題包括氣候變化，進行計算，更高的運算速度讓氣候學家可以建立更精確的氣候模型。

美國能源部國家核能安全管理局長達哥斯提諾說，“走鵑”一天能處理的數據，相當于全球60億人用計算機每天24小時、每周7天不眠不體地算，要算46年才算得完。

專家指，這臺每秒浮點運算能力突破千兆次的超級計算機，被視為軍事、技術和科學用途上的重要里程碑。前一代計算機需要好幾個月運算的數據，如今可縮短到幾小時，甚至過去看來無法實踐的實驗，如今也可望為科學和工程帶來根本性的改變，超級計算機同時被視為經濟國力的象征。

超級計算機的“超級”二字，不僅是指它的運算速度。一般超級計算機的體積和重量也夠“超級”，而且還“超級”耗電和“超級”發熱。“走鵑”占地480平方米，一共使用了278個冰箱大小的機柜，重達220噸，當它要搬家時，要動用20臺拖車。它的耗電量達到了2.35兆瓦，發熱量足可以維持一個室外溫水游泳池。

與生活不可分割

超級計算機到底有何用呢?尤利希研究中心的馬爾曼說一“超級計算機對學術研究的意義是，人們可以模擬過去不可模擬、只能通過極其復雜的實驗才能驗證的許多現象。我們就利用‘尤金’進行多方面的研究。其中之一是血漿項目。通過模擬優化血泵，縮小其規格，減輕患者的負擔。”

如今，除了研究理論、做實驗之外，模擬運算已發展成為科研的第三大領域，而且不光是在學術界，在我們的日常生活中，超級計算機已經滲透到方方面面。當我們把錢存在銀行的時候，超級計算機在幫我們管理著資金：當我們出門旅行的時候，超級計算機幫我們訂機票；當我們想知道明天是晴是雨時，超級計算機為我們提供天氣預報：甚至當我們玩游戲時，超級計算機也在繁忙地工作著，讓游戲體驗更加流暢。我們乘坐的飛機、我們使用的電力和石油，乃至于我們點一下鼠標打開一個網頁的時候，都離不開超級計算機的支持。

目前，有多臺超級計算機用于金融方面。我們知道，證券市場瞬息萬變，0.01秒的時滯可能導致收益的巨大變化。目前全球證券市場每天成交額在4000億美元以上，平均每秒就有超過1800萬美元的資金換了主人。這種實時性要求高、計算量巨大的計算工作，除了超級計算機以外，沒有其他合適人選。現在，社保機構、保險公司、大型銀行等機構都在使用超級計算機。

航空公司很早就開始利用計算機，開發機票預訂系統。今天，幾乎所有的旅游代理商都可以訪問全球預訂系統，幫助旅行者安排旅程。現在地球上平均每天有8萬次飛機起降，每天有900萬人在1萬米的高空飛翔。全球預訂系統使用超級計算機管理著龐大的數據庫，晝夜不間斷地處理全球各地的各種旅行預訂交易。

每天的天氣預報令人驚訝，2天、3天，甚至一周內的天氣都在我們掌控之中。其實，這也是超級計算機在幫我們預測。當前的中短期天氣預報，主要依靠計算機求解描述大氣運動的動力學方程組，來預測未來的天氣。我們知道，大氣運動遵循一定的物理法則，而這些法則可以由一組微分方程來表示。人們可以對這些微分方程求近似解，從而得到大氣有某種初始狀態開始的所有可能的后續變化。現在中國氣象局用于天氣預報的超級計算機曾經在2005年11月的排名榜單上名列26位。在北京奧運會中，北京氣象局也利用超級計算機來為北京及周邊地區提供精確到小時的天氣預報。

在2005年6月的超級計算機排名中，排名150位到153位的四臺超級計算機都在中國，分別安置在北京、上海、廣州和臺北。這幾臺計算機都是為了支持網絡游戲《魔獸世界》的運行而安裝的，它們同時與40萬名以上的在線玩家連接，每一次攻擊、每一次隊友的協助、每一個絢爛的魔法……都被轉化成數據流，經過超級計算機的運算處理后，再傳遞給玩家的電腦，確保同一個服務器上的每一個玩家眼中看到的都是同一個世界。超級計算機讓越來越多的人在虛幻世界中沉迷，不能自拔。

除了以上的幾個例子之外，超級計算機在軍工、國防、醫藥、工業方面也都有廣泛應用。我們用超級計算機給人類基因重新篩選排序，繪制出人類基因30億個堿基對的圖譜，從而從分子級別上了解人類自身，我們用超級計算機幫助設計更安全節能的飛機和汽車；我們用超級計算機分析地層構造，探明地下礦藏；我們用超級計算機處理電信業務，把全球的人們緊密連接在一起；我們利用超級計算機分離出可能引起帕金森氏癥、瘋牛病等疾病的突變蛋白質，開發治療藥物；我們甚至可以用它來設計新型薯片生產線

超級計算機已經成為了我們生活不可分割的一部分。

自己管理自己

計算機領域有一個著名的摩爾定律，認為計算機的運算能力會每18個月翻1番。按照這個理論，15年后計算機的運算能力將會是現在的1000倍。但是在超級計算機身上，這一理論卻顯得過于保守了。2008年6月排名第一的超級計算機的運算能力是1993年排名第一的計算機的1.7萬倍，排名第500的超級計算機的運算能力提升了2.1萬倍。而500臺超級計算機的總運算能力提升了1萬倍。

超級計算機的預算速度越來越快，不僅僅是因為人們在提升單個CPU(中央處理器)的運算能力，還在于人們在計算機硬件結構和軟件上的改進：越來越多的CPU協同工作，數據傳輸越來越快，負載管理越來越有效等。在暢銷小說作家丹·布朗的作品《數字城堡》中，虛構過一臺叫做“萬能解密機”的超級計算機。“300萬臺郵票般大小的中央處理機的最后一臺被手工焊接停當，最后一道編制程序宣告結束，陶瓷外殼鍛封完畢……這比20年前國安局最快的電腦要快上10萬倍!”不過，目前世界上最快的計算機“走鵑”，也只有大約12萬個處理內核。

超級計算機在數十年的發展中，走過了向量機、并行處理機兩個階段，現在廣泛采用的是集群架構。我們可以把集群看成是由高速網線連接起來的一個小型高速計算機網絡，實際上采用的是以數量取勝的戰略：把工作分配給越來越多的CPU來完成，從而提高效率。例如，“走鵑”采用了6500個AMD“皓龍”雙核CPU來管理文件和處理輸入輸出，使用了12萬個PowerXCell 8i芯片來進行密集型的科學計算。整個“走鵑”使用的所有元件都可以在市場上買到。

但是，能買到所有的元件，并不意味著我們就可以在家里造出一臺“走鵑”。對于超級計算機來說，軟件的重要性甚至超過硬件。只有通過合適的軟件，把計算任務以最優的方式分配、及時監測和替換壞掉的處理器，才可能獲得良好的性能。換句話說，超級計算機需要能夠自己管理自己，把自己調整到工作的最佳狀態。

有人說，今天的超級計算機就是明天的家用電腦。然而，除非人們能夠找到大幅減小計算機體積和能耗的方法，或者設計出完全不同于現有計算機結構的新型計算機，比如量子計算機，否則超級計算機也只能是政府、大型企業或者研究機構才能用得起的設備。不過，無論如何，超級計算機是我們這個時代最偉大的發明之一，它正在帶領人類以無法想象的速度向前飛馳，無法抵擋。