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魔法计算
在2013年国际超级计算大会上，全球超级计算机500强组织宣布中国超级计算机“天河二号”以峰值计算5.49亿亿次/秒夺得世界最快计算机桂冠，这到底是个什么概念呢？打个比方，若以人工1次/秒来类比，“天河二号”运算一小时的数据量，中国13亿人口需要拿着计算器计算1000年。
无独有偶，还记得1997年的那次国际象棋“人机大战”吗？在纽约曼哈顿的一栋高楼里，对弈双方是国际象棋大师世界棋王卡斯帕罗夫与IBM公司生产的超级计算机“深蓝”。前者是自1985年以来独霸棋坛，后者则是“初出茅庐”拥有256个内核、由一批科学家和象棋高手编程的大家伙，结果也是令人哗然，最后“深蓝”获胜。
那么超级计算机到底是一个什么家伙？其实简而言之，就是能够快速处理复杂问题的超大型计算机。早期的超级计算机，就叫做巨型机，是由成千上万个处理器构成，按照一定的规则进行互连，已具备超大的存储容量和超高的计算速度。如果把普通计算机的运算速度比成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这样的运算速度前提下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。
超级计算机是一项庞大而复杂的系统工程。而CPU是计算机中用来处理数据的核心部件。按照传统的思路，科学家们一直在努力提高单个CPU的性能，通常有两种方式——提高主频或者增加核数。但是，前者会导致能耗大幅提高，后者又会遇到“天花板”，毕竟一个CPU上能承载的核数是有限的。“核”是CPU上用来处理数据的芯片组，他的数量直接决定了一台电脑的数据处理速度，普通的家用电脑大多采用双核处理器，即便是我国自主研发的高性能处理器“飞腾1500”CPU，也只有16个核。
超级计算机“超”在哪里
超级计算机的特点就是具有超级计算能力，超级计算机的制造也是为海量的计算服务的。那么它的超级计算能力是怎么获得的呢？首先让我们从硬件方面进行解读。衡量一台电脑硬件好坏，我们经常会从CPU主频、内存容量进行比较。对于超级计算机来说，它的配置参数可能会让你超乎想象。以“天河一号”A为例：内存方面有224TB内存。对普通人来说，1TB的硬盘已是海量了，它竟然有224TB。我们电脑中的所谓大容量8GB内存，与之相比真是沧海一粟。
“天河一号”A的每个核心其实就类似一台高性能个人电脑，各个核心是通过专用网络连接起来。因此“天河一号”A的真身就是一组组类似于服务器的机柜。超级计算机超强计算能力实际上是网络中每台高性能服务器计算能力的叠加，所以说“天河”并不是一台计算机，它实际上是一组高性能服务器组成的网络系统。难怪“天河”的正式名称叫“天河高效能计算机系统”，它可是一个真正的计算系统。
超级计算机的“超”还体现在超费电和超花钱。大的存储量和超快的计算速度，背后所付出的代价就是惊人的耗电量。一台先进超级计算机的最高运行功率可以达到17兆瓦/小时，意味着如果满负荷运转，每小时的耗电量将高达1.7万度，相当于5所大学的耗电量总和。因此散热制冷和供电保障就成为这些大家伙正常工作的必备条件。
超级计算机的研制维护运营成本可以说是一个天文数字，研制超级计算机不仅仅需要强大的科研实力，更需要强大的经济实力。“天河一号”共耗资5亿元，到了“天河二号”，这个数字就猛增到了20亿元。而一台超算机的电费一年就会高达1000多万元。
不只是叠加那么简单
超级计算机的第一大创新，就是打破了传统思路，创造性的运用了高速互联模式，在工程上实现了CPU+GPU的异构融合。通俗讲就是将数据处理器与图形处理器相结合，用一种高速互联的方式把他们连接起来，从而在运算过程中剔除掉一些不必要的逻辑运算，节省相互之间通信时间，提高运算速度。比“天河一号”更强大的“天河二号”沿袭了这一模式，它拥有1.6万个计算节点，每个节点上部署了5个处理器，每个处理器又拥有数量不等的核，总计有312万个计算核心。
为了与超快的计算机匹配，超级计算机还必须拥有超大的存储容量。在美国计算机历史博物馆中，陈列着一个27公斤重的硬盘，却只能够存储5M的容量，而现在，一个普通家用硬盘就能达到1TB的容量，是它的20万倍。“天河二号”由170个机柜组成，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节，相当于存储每册10万字的图书600亿册，容得下4个国家图书馆的藏书。
比如我国的超级计算机“天河一号”，它由140个机柜组成，每个机柜宽1.45米、深1.2米、高2米，排成13排，占地约700平方米，总重量约160吨。计算机机房总共分为三个部分，依次为存储区、通信区和计算区，联通他们的是地板下的超过100公里长的各种电线，单是组装就得300多人忙活两个月，如果运输的话要用数十辆集装箱大卡车。
运用广泛
超级计算机不光在国防科技上用处极大，在民用领域更是造福多多。生物医药公司的药物研制，为了寻找药品对应症状的基因，会先用海量的数据建立一个模拟数据库，输入设定好的参数，然后通过超级计算机来快速筛查出那些无效的方案，最后剩下极少数有效的选择。如果按照传统的实验手段，需要合成数十万甚至上百万种化合物，注入小白鼠体内观察反应，一种新药的研发之所以动辄需要十几年，就是因为实验量极其庞大。现在有了超级计算机的帮助，可以大大减少实验量，把新药的研发时间缩短到几个月甚至几周。
不仅是人类基因测算，在天气预报上更是作用极大。早期天气预报之所以不够准确，很大程度上因为对数据的计算能力不够，在有限的时间里只能计算到50～100平方公里的范围，如果再进一步细化网络，可能还没等算完，大雨就下下来了。现在依靠超级计算机，计算速度提高，预报范围也进一步细化，甚至能够精确到1～5平方公里。在没有超级计算机的帮助下，预测天气只能提前一两天，无法完成中期（5～7天）天气预报，因为没有超级计算机的运算速度，不能提前算完，天气预报一迟就失去了意义。而超级计算机不但在这方面小菜一碟，甚至能够依据海量的气候资料，模拟过去几千年的气候变化。
电影《阿凡达》中有三分之二的特技都是超级计算机制作出来的，再如科幻电影《黑客帝国》中的Matrix（母体）实际就是一台超级计算机，已拥有了超越人类的智慧，并进一步想要统治人类。其他如《终结者》中的“天网”也是一台超级计算机。
在2013年国际超级计算大会上，全球超级计算机500强组织宣布中国超级计算机“天河二号”以峰值计算5.49亿亿次/秒夺得世界最快计算机桂冠，这到底是个什么概念呢？打个比方，若以人工1次/秒来类比，“天河二号”运算一小时的数据量，中国13亿人口需要拿着计算器计算1000年。
无独有偶，还记得1997年的那次国际象棋“人机大战”吗？在纽约曼哈顿的一栋高楼里，对弈双方是国际象棋大师世界棋王卡斯帕罗夫与IBM公司生产的超级计算机“深蓝”。前者是自1985年以来独霸棋坛，后者则是“初出茅庐”拥有256个内核、由一批科学家和象棋高手编程的大家伙，结果也是令人哗然，最后“深蓝”获胜。
那么超级计算机到底是一个什么家伙？其实简而言之，就是能够快速处理复杂问题的超大型计算机。早期的超级计算机，就叫做巨型机，是由成千上万个处理器构成，按照一定的规则进行互连，已具备超大的存储容量和超高的计算速度。如果把普通计算机的运算速度比成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这样的运算速度前提下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。
超级计算机是一项庞大而复杂的系统工程。而CPU是计算机中用来处理数据的核心部件。按照传统的思路，科学家们一直在努力提高单个CPU的性能，通常有两种方式——提高主频或者增加核数。但是，前者会导致能耗大幅提高，后者又会遇到“天花板”，毕竟一个CPU上能承载的核数是有限的。“核”是CPU上用来处理数据的芯片组，他的数量直接决定了一台电脑的数据处理速度，普通的家用电脑大多采用双核处理器，即便是我国自主研发的高性能处理器“飞腾1500”CPU，也只有16个核。
超级计算机“超”在哪里
超级计算机的特点就是具有超级计算能力，超级计算机的制造也是为海量的计算服务的。那么它的超级计算能力是怎么获得的呢？首先让我们从硬件方面进行解读。衡量一台电脑硬件好坏，我们经常会从CPU主频、内存容量进行比较。对于超级计算机来说，它的配置参数可能会让你超乎想象。以“天河一号”A为例：内存方面有224TB内存。对普通人来说，1TB的硬盘已是海量了，它竟然有224TB。我们电脑中的所谓大容量8GB内存，与之相比真是沧海一粟。
“天河一号”A的每个核心其实就类似一台高性能个人电脑，各个核心是通过专用网络连接起来。因此“天河一号”A的真身就是一组组类似于服务器的机柜。超级计算机超强计算能力实际上是网络中每台高性能服务器计算能力的叠加，所以说“天河”并不是一台计算机，它实际上是一组高性能服务器组成的网络系统。难怪“天河”的正式名称叫“天河高效能计算机系统”，它可是一个真正的计算系统。
超级计算机的“超”还体现在超费电和超花钱。大的存储量和超快的计算速度，背后所付出的代价就是惊人的耗电量。一台先进超级计算机的最高运行功率可以达到17兆瓦/小时，意味着如果满负荷运转，每小时的耗电量将高达1.7万度，相当于5所大学的耗电量总和。因此散热制冷和供电保障就成为这些大家伙正常工作的必备条件。
超级计算机的研制维护运营成本可以说是一个天文数字，研制超级计算机不仅仅需要强大的科研实力，更需要强大的经济实力。“天河一号”共耗资5亿元，到了“天河二号”，这个数字就猛增到了20亿元。而一台超算机的电费一年就会高达1000多万元。
不只是叠加那么简单
超级计算机的第一大创新，就是打破了传统思路，创造性的运用了高速互联模式，在工程上实现了CPU+GPU的异构融合。通俗讲就是将数据处理器与图形处理器相结合，用一种高速互联的方式把他们连接起来，从而在运算过程中剔除掉一些不必要的逻辑运算，节省相互之间通信时间，提高运算速度。比“天河一号”更强大的“天河二号”沿袭了这一模式，它拥有1.6万个计算节点，每个节点上部署了5个处理器，每个处理器又拥有数量不等的核，总计有312万个计算核心。
为了与超快的计算机匹配，超级计算机还必须拥有超大的存储容量。在美国计算机历史博物馆中，陈列着一个27公斤重的硬盘，却只能够存储5M的容量，而现在，一个普通家用硬盘就能达到1TB的容量，是它的20万倍。“天河二号”由170个机柜组成，内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节，相当于存储每册10万字的图书600亿册，容得下4个国家图书馆的藏书。
比如我国的超级计算机“天河一号”，它由140个机柜组成，每个机柜宽1.45米、深1.2米、高2米，排成13排，占地约700平方米，总重量约160吨。计算机机房总共分为三个部分，依次为存储区、通信区和计算区，联通他们的是地板下的超过100公里长的各种电线，单是组装就得300多人忙活两个月，如果运输的话要用数十辆集装箱大卡车。
运用广泛
超级计算机不光在国防科技上用处极大，在民用领域更是造福多多。生物医药公司的药物研制，为了寻找药品对应症状的基因，会先用海量的数据建立一个模拟数据库，输入设定好的参数，然后通过超级计算机来快速筛查出那些无效的方案，最后剩下极少数有效的选择。如果按照传统的实验手段，需要合成数十万甚至上百万种化合物，注入小白鼠体内观察反应，一种新药的研发之所以动辄需要十几年，就是因为实验量极其庞大。现在有了超级计算机的帮助，可以大大减少实验量，把新药的研发时间缩短到几个月甚至几周。
不仅是人类基因测算，在天气预报上更是作用极大。早期天气预报之所以不够准确，很大程度上因为对数据的计算能力不够，在有限的时间里只能计算到50～100平方公里的范围，如果再进一步细化网络，可能还没等算完，大雨就下下来了。现在依靠超级计算机，计算速度提高，预报范围也进一步细化，甚至能够精确到1～5平方公里。在没有超级计算机的帮助下，预测天气只能提前一两天，无法完成中期（5～7天）天气预报，因为没有超级计算机的运算速度，不能提前算完，天气预报一迟就失去了意义。而超级计算机不但在这方面小菜一碟，甚至能够依据海量的气候资料，模拟过去几千年的气候变化。
电影《阿凡达》中有三分之二的特技都是超级计算机制作出来的，再如科幻电影《黑客帝国》中的Matrix（母体）实际就是一台超级计算机，已拥有了超越人类的智慧，并进一步想要统治人类。其他如《终结者》中的“天网”也是一台超级计算机。