美国超级电脑有多少

A. 全球超级计算机数量谁最多美国114台，日本30台，我们有几台

要说目前惠及人类最多的 科技 类产品，除了手机之外，就是电脑了。 而电脑刚开始出现的时候，则是称之为“计算机”，凭借其强大的计算能力，成功开启了新的时代，也就轿早是我们的互联网时代。

在互联网时代里面，人们开展了一个新的世界——网络世界，在网络世界里面，人们可以通讯，可以交流，可以 游戏 ，可以听歌等等，能实现以往从未想过的可能性。

而计算机发展至今，并未有任何的停歇，相反许许多多的国家还在不断研究和精进。

距离最近一次的TOP500组织发布的全球计算机500强榜单，此次获得新一代超算冠军的是日本，凭借着其“富岳”每秒41.55亿次的运算速度成功登顶。

而对比日本，我国的“神威”和“天河二号”则是位居第四和第五位。尽管没有登顶，但是在数量上，我国的超级计算机可以说碾压其他的对手。

作为发达国家来说，跟其他国家的差距除了 社会 经济水平之外，还要评价其科研实力。也正因为如此，发达国家在科研投入方面基本是占据国家投资的首位。

而我国在科研方面的投入也是丝毫不差，甚至以“科学为第一生产力”和“科教兴国”为方针，推动我国的科研技术发展。

目前在全球计算机市场里面，主要对抗的三个国家就是中国、美国和日本，所以在榜单上来看，前五名几乎就是来自中美日三国，可谓是三足鼎立的局面。

另外，值得一提的是，哪怕在全球前五百的计算机里面，这三个国家占据的超级计算机数量也是最多的。

尽管看起来目前是三国互相竞争的状态，但是数量上，三个国家还是存在比较大的偏差。

要知道，尽管此次日本的“富岳”排名第一， 但是日本在超级计算机五百强的榜单里，仅有30台的超级计算机数量，远远比不上中美两国的数量。

对于超级计算机而言，或许很多人是第一次听，也不是很了解它的作用。这里的话，其实可以认识一下，实际上它离我们的生活还是早败比较接近的。

举个简单的例子来说的话，就是在做一些特效渲染的时候， 通过超级计算机的算法，可以节约大量的时间成本，大大提高工作的效率。

所以，从实用性来看，超级计算机的数量优势远比其运算优势会更具备价值。日本方面超级计算机数量少的原因，可能是其国土面积小导致的。

毕竟，超级计算机的运算是非常方便的，如果足够应用的情况，确实没必要再专门建造一台。

而相比日本，美国方面的实力则是不容小觑。 照目前来看，美国超级计算机的数量有114台，而排名第二的“顶点”超级计算机，也是出自美国，是美国目前运算最快的设备。

美国作为世界第一大国，可以说无论是军事实力、经济实力还是科研实力，都是数一数二的。尤其在近几年其超级计算机的数量都比较稳定，基本维持在110-120之间。

不过，从整体上来比对的话，美国的超级计算机数量其实在不断地下滑，如果是想要从数量上争夺第一的位置的话，其实还是不太现实的。

目前的话， 超级计算机数量最多的国家是——中国，一共拥有226台超级计算机，占比超过45%，几乎是美国方面的两倍。

另外，我国在超级计算机领域的数量， 已经连续蝉联了六年的冠军了，并且随着我国的不断发展，从未来的形势来看，中国超级计闭睁雀算机第一大国的位置是很难撼动的。

而中国之所以拥有这么多的超级计算机，实际上是因为有着三大超算供应商的服务，其中包括了浪潮、联想、曙光，皆是来自于中国。

这三大超算供应商， 在全球的知名度也是很高的，尤其在全球最强500超算里面，其中就有312台出自于上述的三家企业。 而只要中国方面有需要，完全有能力再研发出更多、更强的超算设备。

现如今，大国竞争，除了比经济、军事之外， 科技 实力可以说是最主要的一个领域了，作为大国竞争的枢纽，要想摆脱其他国家的 科技 垄断，就需要不断提升自研的水平和能力。

伴随着越来越多的 科技 竞争，我国势必在 科技 领域不断地砥砺前行。因为目前来讲，我国尽管在某些方面的科研取得了足够优异的成绩， 但是在整体发展水平上来看，跟发达国家还是有非常大的差距。

也许说差距非常大会有人觉得不妥，但是事实上，我国在多数领域的软硬件方面，目前还是依赖着其他国家，比如工业软硬件上，大都还是运用美国提供的软硬件设施。

我国目前尚缺乏足够的自研能力， 不过不代表未来没办法实现自研，我国科研人员都有一股拼劲，为了摆脱其他国家的钳制和垄断，都不断的奋勇争先。 相信在未来足够的发展时间里，我国会一一实现各个领域的自研和成功。

B. 美国启用超级计算机Perlmutter，协助拼装迄今最大的宇宙三维地图

宇宙是在不断膨胀的！而暗能量（Dark energy）正是推动宇宙加速膨胀的神秘力量，中科院理论物理研究所研究员黄庆国告诉 DeepTech：“暗能量在宇宙中十分稀薄，几乎不会给地球带来任何影响。正因此，人类很难通过在地球上建立的实验室中‘捕捉’到暗能量。”

而在 5 月 27 日启用的 Perlmutter 超级计算机，正是为了捕捉暗能量，它隶属于美国国家能源研究科学计算中心（NERSC）。Perlmutter 超级计算机基于超算公司 Cray 的 “Shasta” 平台，具有 GPU 加速节点和 CPU 节点，其预期性能是美国国家能源研究科学计算中心当前的旗舰级超级计算机科里（Cori）的 3-4 倍。

启用后， 它将协助科学家拼装迄今为止最大的宇宙三维地图，该地图将揭示暗能量这一宇宙加速膨胀背后的神秘物理学现象 ，而 Perlmutter 超级计算机还将处理有着 “宇宙摄像机” 之称的暗能量光谱仪（DESI）的数据。

据悉，暗能量光谱仪由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室管理，暗能量的主要发现者是美国伯克利实验室的天体物理学家索尔・珀尔默特（Saul Perlmutter）。

索尔此前的部分工作正是在美国国家能源研究科学计算中心的相关设备上进行的，他也因此获得 2011 年诺贝尔物理奖，Perlmutter 超级计算机的命名正是为了纪念他。在 5 月 27 日的启动仪式上，索尔也在线上致以祝贺。

暗能量之所以难以捕捉到，是因为人类根本无法感受到它的侵入。按照当前主流模型来计算，假如暗物质粒子是质量为 100GeV（约 100 个质子的质量）的超对称粒子，那么我们周围的暗物质粒子密度大约是每立方米五千个，虽然暗物质粒子每时每刻都在 “侵入” 人类五官，但我们却毫无感知。在此之前，即便利用地球上最灵敏的探搏链测设备，也很难捕捉到这个 “灵活的妖怪”。

在 Perlmutter 超级计算机正式启动的十天前，5 月 17 日，暗能量光谱仪已经作为 “开路先锋” 先行启动，启动后将开始为期 5 年的宇宙 探索 之旅。此前，暗能量光谱仪已进行了为期四个月的试运行，期间捕获了 400 万个星系的光谱，这超过了以往所有光谱调查的总和。

据了解，暗能量光谱仪位于美国亚利桑那州基特峰天文台一台直径 4 米的望远镜上，其核心是 5000 个独立的铅笔大小的机器人，每个机器人控制一个光纤眼，它们的工作就是联合起来捕捉光波，暗能量光谱仪的每次曝光可让机器人捕获多达 5000 个星系。

通过捕获和研究宇宙中数千万个星系、以及其他遥远物体的光，暗能量光谱仪 将创基岁孙建出迄今最大、最精细的星系三维图谱，并希望借此揭示暗能量的奥秘，加深人类对宇宙的理解。

该项目的共同发言人、法国替代能源和原子能委员会的宇宙学家纳塔莉・帕兰克 — 德拉布维尔（Natalie Palanque-Drabwell）表示，大约 10 年前他们开始设计该仪器，暗能量光谱仪旨在更好地了解暗能量。未来，暗能量光谱仪可让研究人员精确地解决以下两个问题：什么是暗能量？以及引力遵循广义相对论定律的程度有多少？只有理解这雀耐两个问题，人类才能具备理解宇宙的基础。

1998 年，科学家首次发现暗能量存在的有力证据，并发现这是一种推动宇宙加速膨胀的神秘力量。宇宙微波背景辐射观测实验得出数据显示， 宇宙中的暗能量高达 68.3%，暗物质则有 26.8%，普通物质只有 4.9%。正因此，科学家将暗能量与暗物质称为 “21 世纪初物理学天空存在的两朵乌云”。

其中涉及到一种红移现象，它指的是当宇宙膨胀时，星系之间的距离会变远，这些星系的光会变成更长、更红的光波，因此称之为红移。其规律是星系越远，红移就越大。

测量星系红移之后，研究人员将制作一张宇宙 3D 地图，通过研究相关星系在地图上的详细分布，科学家有望在暗能量的影响和性质上产生新的见解。

美国能源部负责高能物理的副主任吉姆・西格里斯特（Jim Siegrist）表示，这是首个开始进行科学调查的下一代暗能量的项目。除研究暗能量之外，暗能量光谱仪取得的数据集，还将用于天体物理学领域。

该项目负责人、伯克利实验室的迈克尔・列维（Michael Levy）解释说，暗能量光谱仪的独特之处在于，能测量比以往任何时候都多 10 倍的星系光谱，而且可以收集到 110 亿年前天体发出的光。

对此，黄庆国告诉 DeepTech：“光谱巡天的最大的好处在于能为宇宙描绘出一幅前所未有的细致的三维天图。 通过这幅三维天图，人们不仅能在宇宙尺度上了解暗能量产生的排斥力量是如何推动宇宙加速膨胀的，还能窥视这种排斥力量对于宇宙结构形成的影响过程。甚至，它还能在宇宙尺度上帮助检验爱因斯坦的广义相对论正确与否。”

此外，凭借 Perlmutter 超级计算机的 GPU 速度，研究人员能及时捕捉每晚几十次曝光，从而确定第二天晚上暗能量光谱仪应该对准的位置。而在此前系统中，研究人员尚未使用 Perlmutter 超级计算机，那时需要几周乃至几月才能完成全年数据的发布准备工作，有了 Perlmutter 超级计算机，能以此前 20 倍的速度处理上述几十次的曝光资料，只需几天就能完成同样的任务。

其中，6000 个英伟达 A100 GPU 给 Perlmutter 超级计算机提供了近 4 百亿亿次混合精度性能，这将帮助科学家拼合宇宙三维地图，从而去 探索 绿色能源的原子内的相互作用。

据英伟达表示，通过本次合作，在 AI 使用的 16 位和 32 位混合精度数学运算方面，Perlmutter 超级计算机也成为目前全球最快的系统、以及最大的 A100 赋能系统，其搭载 6144 块英伟达 A100 Tensor Core GPU，可支持物理学、气象科学等领域的 20 多种应用。另据悉，今年晚些时候，Perlmutter 超级计算机将在美国劳伦斯伯克利国家实验室开展第二阶段的项目。

据悉，传统超级计算机很难在几纳秒内使用 Quantum Espresso 这种开源计算机代码套件，来处理在模拟多个原子时所需的数学运算。然而，如果把 Quantum Espresso 的高精度模拟与机器学习相结合，科学家们可以在更长时间内研究更多原子。

美国国家能源研究科学计算中心的应用性能专家布兰登・库克（Brandon Cook）表示：“以前我们不可能针对电池接口这样的大型系统进行完整的原子模拟，但现在科学家们计划用 Perlmutter 超级计算机来进行这一模拟。” 目前，布兰登正在参与启动此类项目。

其中，英伟达 A100 中的 Tensor Core 可在这些方面发挥相应作用，A100 不仅能加速用于模拟的双精度浮点数学运算，还能加速深度学习所需的混合精度计算。

另外，英伟达开源代码 RAPIDS 也将加快美国国家能源研究科学计算中心的 Python 程序员团队的工作速度。相比此前的 CPU，它使该中心的科里（Cori）超级计算机网络流量分析速度加快了近 600 倍。

在暗能量研究方面，中国也在加速快跑，黄庆国告诉 DeepTech：“自从二十世纪末暗能量被发现以来，中国的物理学家和天文学家在暗能量的研究方面取得了很多重要成果。最具代表性的是提出了一系列具有国际影响力的暗能量模型比如全息暗能量模型、宇宙年轮暗能量模型以及精灵暗能量模型等。当然，我们依然要清醒地认识到，暗能量的本质目前仍是未解之谜，需要全世界的科学家继续努力去揭开谜团。”

C. 什么是超级计算机是哪个国家发明的 叫什么名字 它的运算速度是多少

什么是超级电脑呢？按照美国传统词典的解释，它是一种主机
电脑，是在一定时期内可以得到的一种最大的、运行速度最快 的、功能最强的电脑。超级电脑可以进行高速度和大存储量的 计算。

*超速运算*

超级电脑的速度有多快呢？德国曼海姆大学、美国的田纳西大 学和美国能源部的劳伦斯-伯克利实验室的专家指出，目前全 球速度名列前茅的五百部超级电脑中，速度最慢的，每秒钟能 运算将近两千亿次。而在速度最快的一批电脑中，有47台每秒 钟运算次数超过了一万亿次。其中的冠军是日本研制的超级电 脑，名叫“地球模拟器”，每秒能进行的浮点运算次数接近36 万亿次。 这还刚刚达到了理论速度极限的87%，也就是说，可 能还有增加的潜力。

不过运算次数接近36万亿次，是个理论上的数字。而在实际应 用中呢，往往比理论数字要低一些。“地球模拟器”中心的负 责人说，这座超级电脑在运行一套气象模型软件的时候，速度 超过每秒26万亿次。在超级电脑领域，是“强中更有强中 手”的，是“江山代有才人出，各领风骚没几年”的。最 近，IBM，也就是国际商用机器公司，获得了为美国能源部制 造两台最快速的超级电脑的合同。这两台电脑将把目前的世界 冠军远远抛在后边。这就是说，超级电脑将变得更加超 级。IBM的专家纳尔逊说：“比起现状来，这将是一大飞 跃。”

*IBM新秀*

IBM 的这两台新机器，一台叫“蓝色基因”，计算速度可以 达到每秒钟360万亿次。另一台叫ASCI 紫色，运算速度每秒钟 100万亿次。这分别是现有的最快的超级电脑的将近3倍到十 倍。而两部电脑合起来，每秒钟能联合运算四百六十万亿次。 数据处理能力相当于目前世界上五百部功能最强大的超级电脑 的总和的一倍半。

这些速度是个什么概念呢？让我们拿个人电脑来比一比。【合 众国际社】说，现在最快的个人电脑每秒钟能处理10亿条指 令，而超级电脑的浮点运算要比这复杂得多。 IBM 表示，未 来的“蓝色基因”超级电脑处理信息的速度相当于普通家用电 脑的四十万倍。IBM因特网技术和战略部的负责人纳尔逊说： “一些科学家说，这是有史以来第一次，电脑有了和人脑一样 的对信息进行粗处理的能力。”

*深蓝下棋*

超级电脑的用途是什么呢？可以从事模型处理，一些大公司用 它来开发产品和检验产品的应用。一些政府机构用它来进行大 规模试验、计算和研究。例如现有的一台IBM超级电脑叫“白 色”，它的运算速度是每秒7.2万亿次，它用于模拟核爆炸和 宇宙的形成、从事飞行器设计、药物合成等。超级电脑可以用 于观察气象、预测天气。这个工作涉及的因素很多，用超级电 脑来估算比较容易算准。而预测地震呢，所需要的计算就更复 杂了，即使是现在最快的超级电脑“地球模拟器”也做不 到。“地球模拟器”中心的负责人说，他希望，下一代 的“地球模拟器”能预测地震。

超级电脑还有个用途是监视那些从外太空飞向地球的物体，看 看它们到底是陨石、太空船、掉落的人造卫星还是UFO，也就 是，不明飞行物。夏威夷的一个高性能电脑中心有一台IBM超 级电脑就是干这个的。它能迅速的把太空望远镜拍下的模糊影 像转换为清晰的移动图像，以便美国空军看出那究竟是什么东 西。这个超级电脑每秒能运算4800亿次，比IBM超级电脑“深 蓝”要快上将近40倍。“深蓝”曾经在1997年和国际像棋大 师卡斯帕罗夫下棋，下赢了。

IBM计划建造的两台功能最强大的超级电脑将用于模拟核武器 试验以及从事其它科学研究。IM从明年开始在北加州的利弗 莫尔国家实验室安装这两台机器，估计2005 年完工。电脑实 验室科研人员不等完工就将部份的使用“ASCI 紫色”电脑。 美国能源部将用它来模拟核武器爆炸，而不用进行地下核试 爆。

*核武模拟*

利弗莫尔国家实验室核武器项目负责人、物理学家布鲁斯-古 德温说：“ASCI紫色”机是核武器物理学家十分盼望的机 器。长期以来，他们梦想进行逼真的氢弹爆炸立体模拟，新电 脑让科学家如愿以偿。这样的模拟，需要超级电脑分秒不停的 连续运算两个月。科学家们通过模拟解决核武器老化等问题， 改进并设计新武器。

另一台超级电脑“蓝色基因”可以储存相当于十亿部书的信 息，可以模拟各种物理现像，预测材料的性能、烈性炸药 的“行为”以及地球大气层和污染源之间的相互作用等等，可 以用于气象研究，例如飓风预报，以及生物学的DNA 分 析。IBM的专家纳尔逊说：“这些机器能从事气象、核武 器、DNA分子等各方面的，比过去先进得多的模型建造。”

关于IBM计划制造的这两台超级电脑之间的区别，物理学家古 德温说：“蓝色基因”有如超音速战斗机，速度快但功能比较 少，而“ASCI 紫色”象是747客机，功能更多，但是飞行速 度比较慢。

*硬件结构*

在硬件结构方面，超级电脑的机身，往往不是一个，而是一 群；所占的地方，往往不是一点，而是一片。有不少超级电 脑是庞然大物。例如[ASCI 紫色]电脑重一百九十七吨，体积 相当于两百个电冰箱的大小；里面有二百五十多公里长的光纤 和铜制的电缆，具有超强的存储功能。

微处理器，或者叫微处理芯片，相当于电脑的大脑。现在， 单个的芯片的速度远远达不到超级电脑的运算速度，那么超级 电脑的速度从何而来呢？是通过联合使用大量芯片而创造的。 有些超级电脑干脆就是由一大批个人电脑组成的电脑群。这采 用的是“蚂蚁雄兵”的战略。 IBM公司超级电脑部门的副总 裁戴维·图瑞克表示，超级电脑其实是一组组的电脑经由软件 结合起来，步调一致，能象一台电脑一样的运作。

一台个人电脑一般有一两个微处理芯片，相比之下，超级电 脑“白色”使用了8000多个处理器，协同动作。而NEC，也 就是日本电气公司研制的“地球模拟器”呢，采用了常见的平 行架构，使用了5000多个处理器。“蓝色基因”将使用十三 万个IBM 最先进的Power5 微处理器。[ASCI 紫色]电脑使用大 约一万两千六百个IBM 新型芯片，

微处理器那么多，难免有的处理器会失灵。IBM的专家纳尔逊 说，新的电脑系统将能自动绕过失灵的部件。纳尔逊说： “最大的挑战是，制造一台可以自己管理自己的电脑。我们必 须研制出可以监督每个芯 片健康状况的软件。在出现问题的 时候，可以通过备用芯片或者叫候补芯片来完成任务，而不必 关机更换芯片卡。”

*信息传送*

除了处理信息的速度问题，还有信息的传送速度问题。 也就 是说，需要有足够的信息及时传过来以便让处理器来处理，否 则处理器就会停工待料。如果超级电脑不能很快地从记忆里提 取数据，那么超速处理的能力也就没用了。田纳西大学的超级 电脑专家唐加拉说，发展‘快速提取’来支持‘高速运 作’，是IBM面临的一个挑战。唐加拉说： “这个挑战是， 要在电脑内设立一个网络，让所有的数据快速沟通，从而使处 理器工作的时候不必等待。目前，制造高性能电脑的关键障碍 在于解决数据传输的瓶颈问题。”

*光导技术*

未来的超级电脑会采用什么新技术来更上一层楼呢？IBM 的超 级电脑部门负责人纳尔逊说，光学技术，也就是利用玻璃纤维 而不是用金属导线来传递信号，能够提高处理速度。纳尔逊 说： “这实际上是下一代的超级电脑了。这意味着，使用光 学信号交换器和光学网络把超级电脑的各个部件连接到一起， 可以使整个系统的效率提高十倍，甚至一百倍。”

*造价昂贵*

名列前茅的超级电脑的造价如何呢？最近IBM 和美国能源部签 订的制造超级电脑的合同，价值两亿九千万美元。而NEC 的“地球模拟器”，造价是4亿美元。为什么美国的两台更先 进的超级电脑的造价，比日本的这一台超级电脑还要低呢？这 是因为日本的超级电脑使用的处理器是专门为超级电脑设计 的，所以比较贵。而美国的超级电脑使用的处理器是能在商业 上通用的，能大批量生产的，因此比较便宜。所以，今年4 月，当NEC从美国手中夺走超级电脑冠军称号之后，有的美国 学者不甘示弱，强调在评比超级电脑的时候不能只看运算速 度，更要看工作效率和性能价格比。

*IBM领先*

今日之世界，哪个国家使用和制造超级电脑最多呢？是美国。 根据德国曼海姆大学、美国的田纳西大学和联邦能源部的专家 在十一月中旬公布的关于全球头五百部超级电脑的联合报告， 这些电脑有46% 置在美国，有91%美国制造的。如果单论技术 性能，NEC的“地球模拟器”暂时技压群雄。而若论商业市 场，则是IBM遥遥领先。今年8月，信息产业的评级机构IDC 发表了“全球高性能运算市场营收报告”。报告显示，在全球 使用超级电脑的公司机构中，IBM产品占的份额最多，名列第 二的是新惠普公司。此外，NEC、美国的升阳公司和克雷公司 也这一领域竞争。

*国家资助*

为什么美国在超级电脑领域领先呢？除了美国科技发达，人才 济济和财力雄厚的因素之外，几十年来美国的核武器研究也带 动了超级电脑工业的发展。最先进超级电脑的第一台经常被国 家武器实验室购买。冷战期间在内华达州进行的核试验取消 后，核武器研究人员对电脑功能的需求更迫切了。美国的超级 电脑有许多安装在国家实验室。世界上功能排名第二和第三的 [惠普公司]的ASCI Q 电脑都在阿拉莫国家实验室，排名第四 的“ ASCI 白色”超级电脑在利弗莫尔国家实验室。

*排行效应*

和个人电脑相比，超级电脑的市场非常小。那么，为什么象 IBM 这样的公司这么卖力气来研制超级电脑呢？伯克利国家能 源实验室计算中心负责人霍斯特说：登上五百大超级电脑的排 行榜首，就象获得奥林匹克金牌；不少公司用这份名单来影响 他们的顾客。田纳西大学的唐加拉说： “这些公司是在用这 样的研究工作来帮助他们的技术发展。”唐加拉说： “这也 是改良产品的途径。这些尖端技术会渗透到我们的日常用品 中。”

BM 期待把用于两台超级电脑的Power5 芯片，从明年起用于商 业用的电脑服务器，随后用于台式电脑，还可能用于电子游戏 机。IBM 希望芯片的商业应用换来利润回报。

D. 世界上的超级电脑

在西雅图举行的SC11大会上公布的全球超级计算机TOP500排行榜上，日本“京”(K Computer)以跨越1亿亿次每秒的计算能力继续占据榜首的位置。同时在计算能力排在前十位的系统中，有两套超级计算机系统是来自中国的，它们分别是来自部署在天津的“天河一号”以及部署在深圳的“曙光星云“高效能计算系统。下面就让我们来看看在这个星球上计算能力最强大的系统。
世界上超级电脑种类

1.K Computer 首个跨越亿亿次运算的超级计算机

世界上最快的超级计算机“京”(K Computer)是日本RIKEN高级计算科学研究院(AICS)与富士通的联合项目。“京”(K Computer)没有使用GPU加速，而是完全基于传统处理器搭建。“京”(K Computer)的最大性能四倍于排在第二位的“天河一号”。现在的“京”(K Computer)配备了88128颗富士通SPARC64 VIIIfx 2.0GHz八核心处理器，核心总量705024个，最大计算性能10.51Petaflop/s，峰值性能 11.28038 Petaflop/s，同时效率高达93.2%，总功耗为12659.9千瓦。

2.天河一号

曾经的王者位于中国天津国家超级计算机中心的“天河一号系统”在最新的排行榜中位列第二。计算能力达到2.57 petaflop/s。去年，天河一号还曾在TOP500排行榜中排名榜首。天河一号采用了CPU+GPU的混合架构。配有14336颗Intel Xeon X5670 2.93GHz六核心处理器、7168块NVIDIA Tesla M2050高性能计算卡，以及2048颗我国自主研发的飞腾FT-1000八核心处理器，总计20多万颗处理器核心，同时还配有专有互联网络。造价在6亿 人民币以上。

3.JAGUAR XT5 用于民用的超级计算机

“JAGUAR”超级计算机系统隶属于美国能源部，坐落于美国橡树岭国家实验室。“JAGUAR XT5”系统由美国国家科学基金会出资、Cray公司建造、田纳西大学和国家计算科学研究院共同拥有。它曾在2010年6月的TOP500排行榜中排名第一。“JAGUAR”是一台民用计算机，采用AMD Magny-Cours核心六核Opteron处理器，其最大计算能力为1.75 petaflop/s。主要用于模拟气候变化、能源产生以及其他基础科学的研究。

4.曙光星云 采用自主设计的HPP体系结构

“星云”坐落于我国深圳国家超级计算机中心。“星云”系统运算峰值达到3 petaflop/s，最大计算性能1.271 petaflop/s，并且是中国第一台、世界第三台实现双精度浮点计算超千万亿次的超级计算机，且其单位耗能所提供的性能达到了4.98亿次/瓦。

“星云”超级计算机采用自主设计的HPP体系结构，由4640个计算单元组成，采用了高效异构协同计算技术，系统包括了9280颗通用CPU和4640颗专用GPU组成。计算网络采用了单向40Gbps QDR Infiniband技术，核心存储采用了自主涉及的Parastor高速IO系统。

5.Tsubame 2.0 加入多种新硬件技术

Tsubame 2.0超级计算机是东京工业大学和NEC、HP联合推出的。Tsubame 2.0的速度是Tsubame 1.0的30倍，这款超级计算机配置2816颗 Intel Westmere 处理器和4224颗 NVIDIA Tesla M2050 GPU，并加入了DRAM和SSD等新硬件产品并采用Linux和Windows双系统。现在东京工业大学正着手制定Tsubame3.0的计划。

6.Cielo 为国家级实验室计算提供支持

在西班牙语中Cielo是“天空”的意思。Cielo现今为Los Alamos、Sandia以及Livermore三个国家级实验室提供计算支持。Cielo超级计算机基于Cray公司下一代的Baker架构，并使用AMD最新的Magny-Cours架构处理器，计算节点方面Cielo则采用双子星相互连接。

7.Pleiades 独有的Lustre文件系统

Pleiades超级计算机系统为位于美国加利福尼亚的NASA Ames研究中心提供计算支持。Pleiades由4核Harpertown和6核Westmere构成，内核数为81920个。同时网络连接架构使用infiniband方式。Pleiades的最大计算能力达到1.09 petaflop/s。并使用了超级计算机特有的Lustre文件系统。

8.HOPPER 以海军女少将命名的超级计算机

HOPPER超级计算机系统是以美国海军女少将Grace Hopper的名字命名，Grace Hopper也是软件及编程语言的先驱者。现今HOPPER位于劳伦斯伯克利国家实验室的国家能源研究科学计算中心。HOPPER采用了CrayXE6系统单元，包含AMD十二核心的Opteron6172处理器，总共具备153408个内核，最大运算能力达到了1.05petaflop/s。

9.Tera-100 欧洲大陆最强的超级计算机

Tera-100是目前欧洲计算最强的超级计算机。Tera-100系统的理论峰值性能为1.25Petaflop/s，最大计算性能约为1Petaflop/s。Tera-100去年3月完成搭建，5月26日正式加电启动。Tera-100由4300个bullxS系列服务器组成。系统部署了140000颗Intel Xeon7500处理核心，内部存储器容量为300TB，外部存储器容量达到了20PB，全局文件系统的吞吐量为500GB/s。Tera100将被用于法国核武器模拟项目。

10.Roadrunner 混合式超级计算机

坐落于美国Los Alamos实验室的Roadrunner超级计算机系统曾在2008年6月的TOP 500排行榜名列首位。它也是全球第一个运算能力超过1 petaflop/s的超级计算机系统。

E. 超级计算机的排名争夺

2011年6月21日国际TOP500组织宣布，日本超级计算机“京”（K computer）以每秒8162万亿次运算速度成为全球最快的超级计算机。由日本政府出资、富士通制造的巨型计算机“K Computer”落户日本理化研究所，并成功从中国手中夺回运算速度排行榜第一的宝座。以每秒8162万亿次运算速度成为全球最快的超级计算机。 “K Computer”当前运算速度为每秒8千万亿次，而到2012年完全建成时，其运算速度将达到每秒一万万亿次。“K Computer”比现居第二的中国超级计算机速度快出约3倍，甚至比排名第2至第6的计算机运算速度总和还要快。
2012年6月18日，国际超级电脑组织18日公布最新的全球超级电脑500强名单，世界上运算速度最快的超级计算机是由IBM为美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室研发的Sequoia，它每秒能完成1.6亿亿次运算，美国超级电脑重夺世界第一宝座，而中国超级电脑排名第五。美国的超级电脑技术在2011年中突飞猛进，由美国国际商业机器山扰蠢公司（IBM）最新研制的超级计算机“红杉”（Sequoia），为美国夺得全球最快超级计算机宝座。这是继2009年后美国再次夺回“世界第一电脑”的头衔。“红杉”的持续运算测试达到每秒16.324petaflops，即每秒16324万亿次运算，其峰值运算速度高达每秒20132万亿次，令其他计算机望尘莫及。IBM研制开发的另一台超级电脑“米拉逗陪”以每秒8162万亿次的运算速度名列第三李租，安装在美国能源部所属的阿贡国家实验室。日本理化学研究所与富士通（Fujitsu）共同研发和组装中的超级电脑“京”在名单中位居亚军，其测试速度上升到每秒运算速度10510万亿次，峰值运算速度11280万亿次。排名前十的超级计算机系统实测运算速度都超过每秒千万亿次，其中美国的超级计算机有3个，中国和德国2个，日本、法国和意大利各1个。中国国家超级计算天津中心的“天河一号”超级电脑在最新排名中名列第五；另外超级计算深圳中心的“星云”超级电脑排名第十。 2012年10月，隶属于美国能源部的橡树岭国家实验室将美洲虎改装为“泰坦”（Titan），重新成为世界上最快的超级计算机。
2013年6月17日，在德国莱比锡开幕的2013年国际超级计算机大会上，TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单，中国国防科技大学研制的天河二号超级计算机，以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度夺得头筹，中国“天河二号”成为全球最快超级计算机。
2014年6月23日，在德国莱比锡市发布的第43届世界超级计算机500强排行榜上，中国超级计算机系统“天河二号”再次位居榜首，获得世界超算“三连冠”，其运算速度比位列第二名的美国“泰坦”快近一倍。
2010年，由国防科技大学研制的天河一号在超算排行榜上首次夺冠，2013年，天河二号又两度位列榜首，现在，天河二号第3次被评为全球最快的计算机，获得世界超算三连冠，也成为天河系列超级计算机第4次居世界超算之巅。

F. 请问什么是巨型计算机

巨型计算机是一种超大型电子计算机。具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。

巨型计算机实际上是一个巨大的计算机系统，主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报，整理卫星照片，原子核物的探索，研究洲际导弹、宇宙飞船等，制定国民经济的发展计划，项目繁多，时间性强，要综合考虑各种各样的因素，依靠巨型计算机能较顺利地完成。

对巨型计算机的指标一些家这样规定：首先，计算机的运算速度平均每秒1000万次以上；其次，存贮容量在1000万位以上。如我国研制成功的"银河"计算机，就属于巨型计算机。巨型计算机的发展是电子计算机的一个重要发展方向。它的研制水平标志着一个国家的科学技术和工业发展的程度，体现着国家经济发展的实力。一些发达国家正在投入大量资金和人力、物力，研制运算速度达几百亿次的超级大型计算机。

在一定时期内速度最快、性能最高、体积最大、耗资最多的计算机系统。巨型计算机是一个相对的概念，一个时期内的巨型机到下一时期可能成为一般的计算机；一个时期内的巨型机技术到下一时期可能成为一般的计算机技术。现代的巨型计算机用于核物理研究、核武器设计、航天航空飞行器设计、国民经济的预测和决策、能源开发、中长期天气预报、卫星图像处理、情报分析和各种科学研究方面，是强有力的模拟和计算工具，对国民经济和国防建设具有特别重要的价值。

据统计,计算机的性能与使用价值的平方成正比,即所谓平方律。按照这一统计规律，计算机性能越高，相对价格越便宜。因此，随着大型科学工程对计算机性能要求的日益提高，超高性能的巨型计算机将获得越来越大的经济效益。

一、巨型计算机的发展概况

50年代中期的巨型机有 UNIVAC公司的LARC机和 IBM公司的 STretch机。这两台计算机分别采用了指令先行控制、多个运算单元、存储交叉访问、多道程序和分时系统等并行处理技术。60年代的巨型机有CDC6600机和7600机，它们都配置有多台外围处理机,主机的中央处理器含有多个独立并行的处理单元。70年代出现了现代巨型计算机，其指令执行速度每秒已达5000万次以上，或每秒可获得2000万个以上的浮点结果。

现代巨型机经历了三个发展阶段。第一阶段有美国ILLIAC-Ⅳ(1973年)、STAR-100（1974年）和ASC（1972年）等巨型机。ILLIAC－Ⅳ机是一台采用64个处理单元在统一控制下进行处理的阵列机，后两台都是采用向量流水处理的 向量计算机 。1976年研制成功的CRAY-1机标志着现代巨型机进入第二阶段。这台计算机设有向量、标量、地址等通用寄存器,有12个运算流水部件,指令控制和数据存取也都流水线化；机器主频达80兆赫，每秒可获得8000万个浮点结果； 主存储器 容量为100～400万字(每字64位)，外存储器容量达10 9 ～10 11 字；主机柜呈圆柱形，功耗达数百千瓦；采用氟里昂冷却。图中为这种机器的逻辑结构。中国的“银河“亿次级巨型计算机（1983年）也是多通用寄存器、全流水线化的巨型机。运算流水部件有18个，采用双向量阵列结构，主存储器容量为200～400万字(每字64位)，并配有磁盘海量存储器。这些巨型机的系统结构都属于单指令流多数据流(SIMD)结构。80年代以来，采用多处理机（多指令流多数据流MIMD）结构、多向量阵列结构等技术的第三阶段的更高性能巨型机相继问世。例如，美国的CRAY-XMP、CDCCYBER205,日本的S810/10和20、VP/100和200、S×1和S×2等巨型机，均采用超高速门阵列芯片烧结到多层陶瓷片上的微组装工艺，主频高达50～160兆赫以上，最高速度有的可达每秒5～10亿个浮点结果,主存储器容量为400～3200万字（每字64位），外存储器容量达10 12 字以上。

还有一类专用性很强的巨型机。例如，美国哥德伊尔宇航公司的巨型并行处理机MPP，由16384个处理器组成128×128的方阵，专用于卫星图像信息的高速处理,8位整数加的处理速度可达每秒60亿次，32位浮点加可达每秒1.6亿次。英国ICL公司研制的分布式阵列处理机专用系统DAP，由 4096个一位 微处理器 和一台大型系列机2900组成，最高速度可达每秒1亿个64位的浮点结果。

二、巨型计算机的组成

巨型机主机由高速运算部件和大容量快速主存贮器构成。由于巨型机加工数据的吞吐量很大，只有主存是不够的，一般有半导体快速扩充存贮器和海量（磁盘）存贮子系统来支持。对大规模数据处理系统的用户，常需大型联机磁带子系统或光盘子系统作为大量信息数据进／出的媒介 。巨型机主机一般不直接管理慢速的输入／输出（I／O）设备，而是通过I／O接口通道联结前端机，由前端机做I／O的工作，包括用户程序和数据的准备、运算结果的打印与绘图输出等。前端机一般用小型机。I／O的另一种途径是通过网络，网上的用户借助其端机（微机、工作站、小型大型机）通过网来使用巨型机，I／O均由用户端机来做。网络方式可大大提高巨型机的利用率。

三、巨型机技术

并行处理是巨型机技术的基础。为提高系统性能，现代巨型机都在系统结构、硬件、软件、工艺和电路等方面采取各种支持并行处理的技术。

数据类型为便于高速并行处理， 中央处理器 的数据类型除传统的各类标量外，都增加了向量或数组类型。向量或数组运算的实质，是相继或同时执行一批同样的运算，而标量运算只处理一个或一对操作数，故向量运算速度一般比标量运算速度快得多。

硬件结构现代巨型机硬件大多采用流水线、多功能部件、阵列结构或多处理机等各种技术。流水线是把整个部件分成若干段，使众多数据能重叠地在各段操作，特别适于向量运算，性能-价格比高,应用普遍。多功能部件可以同时进行不同的运算，每个部件内部又常采用流水线技术，既适合向量运算又适合标量运算。中国的“银河”机和日本的 VP/200、S810/20机进一步将每个向量流水部件或向量处理机加倍，组成双向量阵列，又把向量运算速度提高了两倍。美国CYBER－205机的向量处理机可按用户需要组成一、二或四条阵列式的流水线，技术上又有所发展。多处理机系统以多台处理机并行工作来提高系统的处理能力，各台处理机可以协作完成一个作业，也可以独立完成各自的作业。每台处理机内部也可采用各种适宜的并行处理技术。在任务的划分与分配、多处理机之间的同步与通信和 互连网络 的效益等方面，多处理机系统尚存在不少问题有待解决。现代巨型机采用的主要还是双处理机系统（如CRAY-XMP）和四处理机系统（如HEP）。

向量寄存器为降低存储流量和频带宽度的要求，并解决短向量运算速度低的问题，第二阶段的巨型机采取了向量寄存器技术。CRAY-1机设有8个向量寄存器,所有向量运算指令都面向向量寄存器和其他通用寄存器。为更有力地支持各运算流水部件高度并行地进行各自的向量运算，日本的VP/100和S810等第三阶段的巨型机设有庞大的向量寄存器，总容量达64K字节。

标量运算标量运算速度对巨型机系统综合速度的影响极大。为此,除增设标量寄存器、标量后援寄存器或标量 高速缓冲存储器 以及采用先进的标量控制技术（如先行控制等）外，还可采用专作标量运算的功能部件和标量处理机等技术。例如,CRAY-1机的多功能部件中,有6个专作标量和地址运算，3个兼作标量浮点运算，标量运算速度可达每秒2000万次以上；CYBER205机专设标量处理机，含5个运算部件,标量运算速度可达每秒5000万次以上。在提高向量运算速度的同时，进一步提高标量运算速度，尽可能缩小两者的差距，已成为改善巨型机系统性能的重要研究课题。

主存储器为使复杂系统的三维处理成为可能，要求主存储器能容纳庞大的数据量。80年代的巨型机容量已达256兆字节。为与运算部件的速度相匹配,主存储器必须大大提高信息流量。为此，主要的措施是：①采取较成熟的多模块交叉访问技术,模块数量一般取2n,有的巨型机采用素数模新技术，以尽量避免向量访问的冲突；②不断减小每个模块的存取周期，如CRAY-XMP机的存取周期为38纳秒，S810机虽用静态MOS存储器,也只有40纳秒，与双极存储相当；③增加主存储器的访问端口，如CRAY-XMP机的每台处理机与CRAY-1机相比，访问端口由一个增加到四个，解决了存储访问的瓶颈问题。

输入输出通道巨型机不但配有数量较多的输入输出通道，如16～32个，而且具有较高的通道传输率。如CRAY-XMP机除一般通道外,还有两个传输率为每秒100兆字节的通道和一个传输率高达每秒1250兆字节的通道。

固态海量存储器为适应特大算题的大量数据在主存储器和外存储器之间的频繁调度，新型的巨型机采用固态海量存储器作为超高速外存储器。CRAY-XMP机的固态存储器采用MOS技术，容量为64～256兆字节，传输率比磁盘快50～100倍。S810机的固态存储器容量为256～1024兆字节，传输率达每秒1000兆字节。

大规模集成电路巨型机的 逻辑电路 都采用超高速ECL电路，门级延迟约为0.25～0.5纳秒，芯片门数为几十至一千以上；1984年日本已研制成功4K门阵列常温砷化镓芯片，级延迟约为50皮秒；用于向量寄存器的超高速双极随机存取存储器的访问时间为3.5～5.5纳秒。

组装工艺缩短机内走线长度和提高机器主频，是提高巨型机速度的基础。现代巨型机主频有的已达 250兆赫以上。为此，除提高芯片的集成度和速度外，还采用微组装等高密度多层组装工艺。由此而来的散热问题很突出，需要采取特殊的冷却措施。

并行算法和软件技术为充分发挥巨型机的系统性能，必须研究各种并行算法并研制并行化的软件系统。针对特大型科学计算的特点，巨型机通常配置如下软件：具有多重处理能力的批处理分布式 操作系统 、高效的汇编语言、向量FORTRAN或PASCAL、ADA语言和向量识别器、并行化标准子程序库、科学子程序库和应用程序库、系统 实用程序 、诊断程序等。

G. 现代计算机运算速度是多少

现代计算机运算速度最快的是中国国防科学技术大学研制的“天河二号”。他以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度，成为全球最快的超级计算机。时隔两年半后，中国超级计算机运算速度重返世界之巅。

1946年诞生的ENIAC，每秒只能进行300次各种运算或5000次加法，是名符其实的计算用的机器。此后的50多年，计算机技术水平发生着日新月异的变化，运算速度越来越快，每秒运算已经跨越了亿次、万亿次级。

(7)美国超级电脑有多少扩展阅读：

2002年NEC公司为日本地球模拟中心建造的一台“地球模拟器”，每秒能进行的浮点运算次数接近36万亿次。十年之后，即2012年6月18日，国际超级电脑组织公布最新的全球超级电脑500强名单，美国超级电脑（超级计算机“红杉”）重夺世界第一宝座。

“红杉”持续运算测试达到每秒16324万亿次，其峰值运算速度高达每秒20132万亿次，令其他计算机望尘莫及。

“运算速度”是评价计算机性能的重要指标，其单位应该是每秒执行多少条指令。而计算机内各类指令的执行时间是不同的，各类指令的使用频度也各不相同。计算机的运算速度与许多因素有关，对运算速度的衡量有不同的方法。

为了确切地描述计算机的运算速度，一般采用“等效指令速度描述法”。根据不同类型指令在使用过程中出现的频繁程度，乘上不同的系数，求得统计平均值，这时所指的运算速度是平均运算速度。