超级计算机的现状及展望

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1、超级计算机的现状及展望摘要：超级计算是解决国家经济建设、社会发展、科学进步、国家安全和国防建设等领域一系列重大挑战性问题的重要手段，是国家综合国力、科技竞争力和信息化建设能力的重要体现，是国家创新体系的重要组成部分，已经成为世界各国特别是大国争夺的战略制高点。在计算机领域，超级计算泛指设计、制造和应用超级计算机的各类活动；在其他行业领域，超级计算通常指在超级计算机上进行的大规模科学和工程计算、海量数据处理和信息服务等应用活动。超级计算机在全球已经取得了举世瞩目的成就，最近的全球超级计算机500强榜单的公布，超级计算机再次成为

2、人们关注的焦点。中国的“天河一号”虽然居于第二位，但是这已经表明中国的计算机事业正在突飞猛进的发展，正在逐渐成为我们综合国力的重要体现。随着超级计算机运算速度的迅猛发展，它也被越来越多的应用在工业、科研和学术等领域。就拥有量和运算速度上我国在世界上处于领先地位，但就超级计算机的应用领域来说我们和发达国家美国、德国等国家还有较大差距。如何利用超级计算机来为我们的工业、科研和学术等领域服务已经成为我们今后研究发展的一个重要课题。关键词：超级计算机、发展、挑战1、超级计算机概念超级计算机是指“当前时代运算速度最快的大容量大型计算机

3、，是计算机领域的珠穆朗玛峰”。类似称谓还有高性能计算机、高效能计算机等。超级计算机的界定具有显著的时代特征，与当时的计算机技术和应用的发展水平紧密相关。以峰值速度指标为例，２０００年前后，具有每秒万亿、十万亿次双精度浮点运算能力是超级计算机的标志；而在２００９年前后，百万亿次以上成为超级计算机的新标志；当前，千万亿次已成为超级计算机的新高峰。2、超级计算机主要用途日常经济、科技、国防等领域存在一系列复杂、大型的问题，都建立了越来越精细的物理模型，都需要计算机求解。最复杂、最大型的一类被称为“挑战性问题”，必须依赖同时代中运算

4、速度最快的“超级计算机”。2.1气象预报：借助超级计算机能够模拟复杂的气流、洋流变化，预测天气走向，从而避免或减缓气象灾害给人类带来的破坏。2.2地震预报：超级计算机能计算各种地层应力变化，模拟地壳运动，这将帮助人们探索地震预测方法，从而减轻与地震相关的灾害风险。2.3发现生命秘密：从基因学的数据密集型研究到细胞网络模拟，生物学已经显示出巨大的计算需求，超级计算机将帮助寻找生命的秘密。2.4发现地球秘密：超级计算机在地球物理学中的应用涉及大量数据处理和模拟，如石油勘测问题，这类问题具有巨大的潜在经济效益。2.5发现宇宙秘密：

5、超级计算机模拟是天体物理学的基础，它可模拟时间进程并加速这种模拟进程，从而对天体的演变进行建模和理论试验。2.6汽车设计：汽车设计需要综合考虑空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性，以及乘坐者舒适度、噪音等多种因素，因此设计一款好车，必须借助超级计算机。2.7纳米材料设计：在设计纳米材料等新兴材料时，对物质和能量的模拟是计算密集型的，只有超级计算机才能发现具有很高经济效益的物质和反应。2.8社会科学治理：使用超级计算机可以对影响社会健康和安全的过程和系统进行模拟，比如污染、灾难以及针对本地和国家基础设施进行的恐怖主义活动

6、等。另外，宏观经济、社会学等学科的研究同样需要超级计算机，比如对大量人口的行为进行模拟3、超级计算机的技术发展一般认为，自1946年第一台电子计算机ENIAC问世至今，超级计算机的发展已先后经历了5个阶段或5代，即早期的单处理器巨型机、向量处理系统、大规模并行处理系统、共享内存处理系统和机群系统。涡轮式刀片计算机1964年诞生的CDC6600被公认为世界上第一台超级计算机，其运算速度为1Mflops.70年代初研制成功STAR-100向量机，这是世界上最早的向量机。随后于1974年，诞生了世界上最早的SIMD阵列计算机--I

7、LLIAC-IV并行机。1976年，CRAY公司推出CRAY-1向量机，开始了向量机的蓬勃发展，其峰值速度为0.1Gflops.向量机处理对提高计算机运算速度十分有利，有利于流水线的充分利用，有利于多功能部件的充分利用，但由于时钟周期已接近物理极限，向量计算机的进一步发展已经不太可能。就在传统向量机逐渐萎缩的同时，应来了大规模并行处理MPP机蓬勃发展的时代。各种新技术层出不穷，大公司也纷纷介入。其中，1996年12月宣布的ASCIRED,运算速度超过了万亿次/秒。目前(2011年)新建的超级计算机大都使用机群式结构，只不过在

8、具体采用的节点机型、拓扑结构及互连技术会有所不同。机群式超级计算机系统具有结构灵活、通用性强、安全性高、易于扩展、高可用性和高性价比等诸多优点。4、超级计算机在各国的发展4.1中国在今年最新一期的全球超级计算机500强榜单中，中国进入榜单的超级计算机总数仅次于美国，名列亚军，共有74台超级