超级计算机在中国及世界的应用

超级计算机在世界及中国的发展

一．超级计算机介绍

超级计算机是一个相对的术语，指的是其在处理能力和计算速度上领先于当时其他所有的计算机。按照美国传统词典的解释，超级计算机是在一定时期内可以得到的一种最大的、运行速度最快的、功能最强的计算机。超级计算机通常是由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。自20世纪70年代，世界上第一台超级计算机诞生以来，目前的超级计算机每秒进行上千亿次加法运算已经是很普通的事情。超级计算机之所以成为世界主要国家竞争的高技术热点，是因为从战略角度看，信息技术已经成为21世纪最重要的高技术之一，而作为信息技术前沿的超级计算机，作为一种战略资源，是一个国家综合国力的体现，对国家经济和社会发展具有战略影响。

二．超级计算机发展历史

第一台正式被称为超级计算机的机器——IBM Naval Ordnance Research Calculator 1954年到1963年在哥伦比亚大学被用于计算导弹弹道。这台机器诞生于微处理器问世之前，它的逻辑和算术部分占据了一间房间整整一面墙，它们由安装在电路中的真空管、电阻、电容和晶体整流器构成，具有1微秒的时钟速度，每秒能够执行大约1.5万次计算。

在整个70年代和80年代初期，超级计算机一直使用向量计算技术。这种技术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。所以，要继续提高性能也就意味着必须投入多个CPU来同时为一个程序工作。在这样的背景下，一个全新的概念被提出来了，那就是大规模并行处理(MPP)，也是从这个时候，英特尔、IBM和SGI开始成为超级计算机领域的新贵。超级计算机也开始走上了真正的商用化道路。

1992年，英特尔推出Paragon超级计算机，它成为历史上第一台突破万亿次浮点计算屏障的超级计算机。紧接着,IBM的SP2、日立公司的SR2201和SGI

公司的Origin2000超级计算机都先后出现。值得一提的是Origin2000系列后来成为SGI公司制作电影CG的主力，很多大场面的电影都有它的功劳。

1996年12月，SGI公司研制出一台具有256个处理器的超级计算机安装在美国国家实验室。这个系统的处理器还将增加为4096个，运算速度达到了30000亿次。

进入2000年之后，超级计算机的竞争日渐激烈，2000年6月美国国际商用机器公司（ＩＢＭ）宣布已经研制成功目前世界上速度最快的超级计算机，每秒运算速度达12.3万亿次，随后日本宣布从2001年起开发运算速度高达每秒130万亿次的超级计算机。印度也宣布在2000年后研制万亿次计算机。随着新技术的迅速发展，超级计算机的运算速度记录也在不断地刷新，根据2006国际超级电脑会议公布的结果，目前最快的超级计算机是美国利弗莫尔国家实验室的IBM Blue Gene/L，内含65,636颗处理器，提供280.6 TFlop/s运算能力（约280万亿次/秒）。

三．超级计算机发展现状

目前，世界超级计算机基本上为欧美发达国家所控制。在当今世界已投入商业运行的前500台超级计算机中，美国和加拿大占据了60％，欧洲占26.8％，日本占了11.2％，其他国家仅占2％。

根据第28届TOP500排名的数据，总计500大名单中，IBM制作的系统乎占有半数，总占有率达47.8%，成为超级电脑最主要供应品牌之首，而前五名中IBM亦占上四位。而HP公司则稳守第二位，总占有率达31.2%。处理器方面，TOP500虽然仍是Intel的天下，却已从年前的66%跌至52.2%。反之，配有AMD 的Opteron处理器系统数量不断上升，由年前的55部至现时113台，升幅超过一倍，并首次多于IBM的93台。近年双核心处理器亦成为超级电脑的大势所趋，现时TOP500当中就有75台使用AMD Opteron双核心，而Intel的Woodcrest双核心亦占去31台，合供106台，预期陆续会有更多使用双核心的超级电脑出现。

在厂商之间，IBM、英特尔、NEC和SGI的竞争一向激烈，近来又冒出了苹果。这家公司的G5苹果超级计算机已经后来居上，超过英特尔居于超级计算机排行榜的第三位。在中国，联想和曙光同样开发了国产超级计算机，在全球

500强超级计算机中能够看到中国人的身影。

超级计算机的日渐火爆甚至吸引了软件巨头微软。微软表示,他们将针对“超级计算机”而专门开发操作系统，微软已经成立了独立的“高性能计算”部门。2006年10月24日微软(中国)有限公司宣布在中国正式发布Windows® Compute Cluster Server 2003。Windows® Compute Cluster Server 2003是专门设计用来运行并行化高性能计算(HPC)的全新软件产品，该产品的发布标志着微软正式进军日益重要的高性能计算领域，并在高端企业级市场上再次掀起关注热潮。

四．超级计算机在中国的发展状况

1956年，我国制定了《科学技术发展十二年规划》，在此之后不久，中国科学院计算所建立了，吸取了苏联已有的技术和经验，我国计算所实行了“先集中攻坚，后分散展开”的原则，研制出了中国第一台小型机——103机和第一台大型机——104机。在这之后，又研制成功了107、119、111、717、757等计算机，其中，被誉为“功勋机”的109丙机，为我国的“两弹一星”事业做出了不可磨灭的贡献。1992年，我国第一台每秒25亿次的高性能计算机——曙光1000研制成功。在这台计算机诞生的第三天，国外宣布10亿次计算机对我国解禁。2004年，曙光4000A推出，运算速度达到每秒10万亿次，当时排到了世界高超级计算机TOP500的前10位。

除了中科院计算所，国防科技大学在研究超级计算机方面也取得了重大进展，1983年，国防科技大学慈云桂教授等专家在极其简陋的条件下，为中国研制出第一台每秒1亿次巨型计算机机系统“银河”。之后，1992年11月，在周兴铭教授领导下，我国成功研制出“银河II”10亿次巨型机，实现了从向量巨型机到处理并行巨型机的跨越。1997年，研制成功“银河III”百亿次巨型机，实现了从多处理并行巨型机到大规模并行处理巨型机的跨越。

“神威”系列也是我国高性能计算机中的主力军之一。1999年9月，由国家并行计算机工程技术研究中心牵头研制成功的“神威”计算机系统投入运行，次年，“神威I”面向社会开放使用。“神威I”浮点运算的峰值速度为每秒3840亿次，在当时世界上已投入商业运行的高性能计算机中排名第48位。

我国大陆排名最高的超级计算机系统是第82位的曙光4000A，安置在上海超