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像房子一样大的电脑,你见过吗?

相信大家在日常生活中都或多或少听说过“超级计算机”这个高端名词,很多媒体也在持续追踪和报道我国超级计算机的研究成果。我国在超级计算机领域究竟有多厉害呢?

从2020-2022这三年公布的世界超级计算机TOP500榜单来看,日本“富岳(Fugaku)”超级计算机已实现三连冠,随后的二、三名由美国超级计算机“顶点(Summit)和“山脊”(Sierra)”连续把持,我国“神威·太湖之光”超级计算机稳居第四,我国另外一台超级计算机“天河二号”则排名第七。而在2010年到2015年,我国的“天河一号”和“天河二号”曾实现世界超级计算机500强榜单“六连冠”,“神威·太湖之光”则在2016年和2017年间登顶世界超级计算机排行榜。

来源|现代快报

那么,什么是超级计算机?超级计算机可以被运用到哪些领域?我国在超级计算机领域又存在哪些瓶颈和挑战呢?

1. 什么是超级计算机

超级计算机(Super computer)是一种超大型电子计算机。从功能上来看,它和普通计算机没有什么区别,都是输入数据,然后给出计算结果。两者的构成组件也基本相同。

但是从效率和规模上来看,超级计算机远超普通计算机,具有超快的数据处理速度和超大的数据储存空间。

以我国首次用国产芯片制造的“神威·太湖之光”为例,它总共有40960块申威26010众核处理器。虽然单个处理器只有一个相机SD储存卡的大小,但却蕴含着巨大的计算能力,该处理器峰值性能为12.54京次/秒,持续性能为9.3京次/秒(1京为1亿亿)。

也正是因为构成组件数量如此之多,超级计算机占地面积十分大。如“神威·太湖之光”占地面积近千平方米,由40个运算机柜和8个网络机柜组成,一台机柜则包含1024块处理器。从外面看上去,一台超级计算机占据的空间跟一间房子甚至一幢楼差不多。超级计算机的功耗也是千千瓦级别的。而常见的个人计算机只有几百瓦的功耗。超级计算机的能耗相当于十万台个人电脑的能耗,举一个更加直观的例子,一台超级计算机的能耗相当于一列以350公里时速行进的高铁。

来源|unsplash

超级计算机的存储空间也十分巨大。如由170个机柜组成的我国超级计算机“天河二号”,就包含有24个存储机柜,内存总容量达1200T,存储总容量则高达11PB(1PB的容量约为104万GB)。

来源|南方网

2. 超级计算机的应用

超级计算机被运用在军用和民用领域的诸多方面。凡是需要大规模数值模拟计算和大规模数据分析的情形都可以利用超级计算机进行加速。超级计算机可以解决许多挑战性问题,比如核试验模拟、石油勘探、气象预报、农业育种、医疗服务、新药研制、动漫渲染、材料设计、金融计算等。

来源|央视网

由中国科学家领衔的宇宙中微子数值模拟国际团队,曾在“天河二号”超级计算机系统上成功完成了30万亿粒子数的宇宙中微子和暗物质数值模拟,揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今137亿年的漫长演化过程。

超级计算机为许多研究领域带来了全新的研究手段。在超级计算机上进行虚拟实验,甚至虚拟现实,可以用来辅助或者代替现实中的实验。

在军工领域,计算机模拟的核爆炸完全代替了核实验。在研制飞机的时候,利用超级计算机来完成气动与结构设计。超级计算机的强大运算量使得虚拟实验突破了理论和实验研究的极限,加快研究进程的同时还显著降低了费用。超级计算机在国防和科技方面都是一个重要支点,因此,称其为“国之重器”也不为过。

随着科学技术的不断进步,演进成为紧凑信息处理设备的超级计算机已融入了生产生活的方方面面,构建了由云计算、物联网、智能设备相互缔结的网络。在经济和社会领域,数据挖掘可以分析人们的消费习惯,由此得到的研究成果可以提高运行效率。

广泛存在的超级计算和与它紧密联系的智能制造、虚拟现实等技术和新兴产业将给人们提供一个“虚实难辨”的视角,为未来带来更多的创造可能。

3. 超级计算机面对的挑战

20世纪90年代开始,超级计算机随着商品化通用处理器的快速发展而不断升级。2000年以来,采用商品化通用硬件构建超级计算机的数量最高时达到超级计算机总量的90%以上。但是,这些按照“商品化硬件-软件-应用”流程而研制的机器也遇到了新的挑战。

首先,商品化通用软硬件并不能十分有针对性地处理专业领域中计算难度比较大的问题,导致超级计算机在处理这些问题的时候没有办法发挥出全部的计算能力。同时,超级计算机的能量消耗不断提升,但性能与能耗之比(能耗比)却没有较大的提升。此外,超级计算机运营成本居高不下,也是阻碍其得到更广泛应用的挑战之一。

来源|unsplash

可以预见的是,世界超级计算机技术扔处于革新风暴之中,随着我国科学家们不断加大硬、软件的研发,我国的超级计算机技术将持续稳步推进,创造新的成果。

评论
无限探索者
少傅级
世界超级计算机技术扔处于革新风暴之中,随着我国不断加大硬、软件的研发,我国的超级计算机技术将持续稳步推进。
05.28
CZH科普
少师级
超级计算与智能制造、虚拟现实等技术结合,将给人们提供一个“虚实难辨”的视角,为未来带来更多的创造可能。
05.28
华科普
太傅级
中国超级计算机,超级厉害!随着我国科学家们不断加大硬、软件的研发,我国的超级计算机技术将持续稳步推进,创造新的成果!!
05.28