Question

请问什么是巨型计算机？

Answer 1

分类: 电脑/网络
解析:

超级计算机（Superputer）是一种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万亿次以上。因此无论在运算力及速度都是全球顶尖。超级计算第一次被使用是在“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，超级电脑由希穆尔·克雷在控制数据公司里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，他控制了整个超级电脑市场，站在这个颠峰位置长达五年(1985-1990)。在1980年代，大量小型对手加入竞争，正值小型电脑市场萌芽阶段。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，超级电脑成了一种由像国际商用机器公司及惠普等传统公司所特意设计的电脑。虽然这些公司透过不断并购增强自己经验，但克雷研究依然专业于超级电脑设计。

克雷-2－全球最快电脑(1985–1989)其实超级电脑一词定义不清，随时间演进，昨是而今非。控制数据公司的早期机器都是非常快的标量处理器，是其他公司的最快电脑十倍速度。1970年代，大部分超级电脑都是向量处理器，很多是新晋者自行开发的廉价处理器来攻占市场。1980年代中叶，适量的向量处理器并行地操作成为标准。一般由8个到16个不等。1980年代初期，注意力由向量处理器转向大规模并行运算系统，由成千上万的普通处理器所组成。今天，并行设计建棋于精简指令集（RISC）处理器，譬如 PowerPC或PA-RISC及互联的电脑丛集。

软件

分布式运算所用的软件包括一些标准的应用编程接口（如信息传递接口及并行虚拟机器）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丛集，而为超级电脑制作容易的编程语言仍然是运算科学的研究课题。

[编辑] 用途

超级电脑常用于计算密集的工作，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。

[编辑] 设计

超级电脑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。他们在专门的运算表现突出，在处理一般工作时却差强人意。他们的记忆结构是经过小心设计来确保数据及指令及时送达。这微小的差别可以导致运算能力的巨大差别。输入／输出系统也有特殊设计来提供高带宽，但是延缓时间却不很重要，因为超级电脑不是用来处理交易。

根据Amdahl's law，超级电脑的设计都集中在减少软件上的序列化、用硬件在瓶颈上加速。

[编辑] 挑战与科技

超级电脑常产生高热，需要冷却。冷却是很大的HVAC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。

超级电脑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。

因超级电脑而开发的科技：

向量处理器

水冷技术

非均匀访存模型(NUMA)

资料分割 (RAID)

并行存取档案系统

[编辑] 处理技术

向量处理因超级电脑而建立并用于高性能运算。向量处理技术后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。

[编辑] 操作系统

超级电脑操作系统虽然是UNIX的变种，但比较小型电脑的复杂一点。一般都倾向减少开发它的用户接口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。这个惯例延续到超级电脑，例如SGI都会使用NVIDIA。NVIDIA制造廉价、多功能、高性能的产品。

1980年代初期，超级电脑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向量版本的FORTRAN编译器。

[编辑] 编程

超级电脑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。为了开发超级电脑的并行性都使用紧接分享记忆的并行虚拟器及信息传递接口。

[编辑] 通用超级电脑的类型

大致上可以分为三种：

向量处理机器能为大量数据同时进行同样的运算。

丛集式处理器特别建立连接处理器及内存的通信网络，非均匀访存模型就是最常见的。最快的超级电脑就是使用这个科技。

商品电脑丛集使用高带宽低延误的网络来连接大量普通商品电脑。

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

超级电脑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，传统的超级电脑可以被电脑丛集所代替。

[编辑] 专用超级电脑

专用超级电脑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芯片及超大型密集芯片，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:

深蓝, (下棋)

可再重设电算

GRAPE, 天文物理

Deep Crack, DES解码器

[编辑] 现今最快超级电脑

[编辑] 量度速度

超级电脑速度以每秒的浮点运算"FLOPS" 来作量度单位。

[编辑] 现在的超级电脑

2005年3月25日，IBM的Blue Gene/L原型变成了最快的超级电脑。它是单一机器安装了32768处理器，运算能力高达280.6 TFLOPS (1012 FLOPS)。Blue Gene/L原型是PowerPC架构的修改版本，正式运作版本被推出到很多地点，包括罗兰士利物摩亚国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）。2005年10月28日，虽然运算能力高，但比预期的360TFLOPS低，将来的版本会提高到0.5PFLOPS。以前，一台 Blue Gene/L安装了131072处理器，运算力高达101.5TFLOPS。[1] 2005年11月，IBM Blue Gene/L 成了首500强超级电脑排名榜的第一名。[2]

现在Google server farm可算是世界上最高性能的超级电脑。

[编辑] 过往的超级电脑

在Blue Gene/L之前，最快的超级电脑是日本电气株式会社在横滨地球科学学院的地球模拟器。它是由640个特别设计的8阶向量处理器根据NEC SX-6架构所组成的丛集。它使用UNIX的修改版本。

面世的一刻，地球模拟器的速度是比以前最快的超级电脑（美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室的ASCI White）还要快4倍。它的冠军位置维持了2.5年。

首500强超级电脑排名榜可见于 top500/ 。

[编辑] 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72.53TFLOPS运算能力。[3].

2005年5月16日，Folding@home声称拥有195TFLOPS运算能力。[4]

GIMPS运算能力也高达18TFLOPS。

Google的搜寻引擎系统总处理能力界乎于126及316TFLOPS之间。Tristan Louis估计这个系统等于32000至79000台双2 GHzXeon电脑。[5] 由于散热问题，Google的搜寻引擎系统应该属于网格运算。

[编辑] 超级电脑时间线

由古至今：

时期 超级电脑 极速 地点

1906 Babbage Analytical Engine, Mill 0.3 OPS 英国 艾萨斯 霍特福格兰 RW门罗

1938年 Zuse Z1 0.9 FLOPS 德国柏林Konrad Zuse的父母居所

1939年 Zuse Z2 0.9 OPS 德国柏林Konrad Zuse的父母居所

1941年 Zuse Z3 1.4 FLOPS 德国柏林德国气体动力学研究所(DVL)

1942年 Atanasoff Berry Computer (ABC) 30 OPS 美国衣阿华州立大学

1942年 TRE Heath Robinson 200 OPS 英国帕雷屈里庄园

1943年 TRE Colossus 5 kOPS 英国帕雷屈里庄园

1946年–

1948 U. of Pennsylvania ENIAC 50 kOPS 美国马里兰州Aberdeen实验基地

1954年 IBM NORC 67 kOPS 美国维珍妮亚州海军试验基地

1956年 MIT TX-0 83 kOPS 美国麻省理工

1958年 IBM SAGE 400 kOPS 美国空军23号基地

1960年 UNIVAC LARC 500 kFLOPS 美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室

1961年 IBM 7030 "Stretch" 1.2 MFLOPS 美国新墨西哥州洛斯-阿拉莫斯国家实验室

1964年 CDC 6600 3 MFLOPS 美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室

1969年 CDC 7600 36 MFLOPS 美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室

1974年 CDC STAR-100 100 MFLOPS 美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室

1975年 Burroughs ILLIAC IV 150 MFLOPS 美国加州NASA恩斯研究中心

1976年 Cray-1 250 MFLOPS 美国新墨西哥州洛斯-阿拉莫斯国家实验室

1981年 CDC Cyber 205 400 MFLOPS (世界很多地方)

1983年 Cray X-MP/4 941 MFLOPS 美国新墨西哥州洛斯-阿拉莫斯国家实验室,波音公司

1984年 M-13 2.4 GFLOPS 苏联莫斯科计算机科学研究学院

1985年 Cray-2/8 3.9 GFLOPS 美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室

1989年 ETA10-G/8 10.3 GFLOPS 美国佛罗里达大学

1990年 NEC SX-3/44R 23.2 GFLOPS 日本府中市NEC府中厂

1993年 Thinking Machines CM-5/1024 59.70 GFLOPS 美国新墨西哥州洛斯-阿拉莫斯国家实验室; 美国国家安全局

1993年 Fujitsu Numerical Wind Tunnel 124.50 GFLOPS 日本国家宇航实验室

1993年 Intel XP/S140 143.40 GFLOPS 美国山迪亚国家实验室

1994年 Fujitsu Numerical Wind Tunnel 170.40 GFLOPS 日本国家宇航实验室

1996年 Hitachi SR2201/1024 220.4 GFLOPS 日本东京大学

1996年 Hitachi/Tsukuba CP-PACS/2048 368.2 GFLOPS 日本筑波市筑波大学电算物理中心

1997年 Intel ASCI Red/9152 1.338 TFLOPS 美国山迪亚国家实验室

1999年 Intel ASCI Red/9632 2.3796 TFLOPS 美国山迪亚国家实验室

2000年 IBM ASCI White 7.226 TFLOPS 美国加州罗兰士利物摩亚国家实验室

2002年 NEC 地球模拟器 35.86 TFLOPS 日本地球模拟器中心

2004年 IBM Blue Gene/L (32,768) 70.72 TFLOPS 美国能源部/IBM

2005年 IBM Blue Gene/L (65,536) 136.8 TFLOPS 美国能源部/NNSA/LLNL

2005年 IBM Blue Gene/L (131,072) 280.6 TFLOPS 美国能源部/NNSA/LLNL

中国的超级电脑是曙光4000A。