最强“大脑”：超算

“引航者”“神算子”“高科技助推器”等是人们对超算的赞誉和评价。由此可见，超算在当今这个以互联网、大数据为特征的高速发展的时代起着关键作用。

超算的来龙去脉

超算是超级计算机及有效应用的总称，最初是为了解决工业界对大规模计算能力的需求而诞生的技术。

现代超算本质上是将大量配置接近普通家用电脑/商用工作站的主机通过高速网络连接起来的主机集群。它运行的是专用操作系统，每台主机是一个运算节点；大量节点的运算能力叠加起来，就获得了远超单台或几台普通PC的计算能力。

以我国的超算“神威·太湖之光”为例，它1分钟的计算能力相当于全球72亿人同时用计算器不间断计算32年。以最强“大脑”来形容具有如此强大计算能力的超算应不为过。

“神威·太湖之光”首次亮相是在2018北京科技周。在科技周上展示的只是一台样机，而在国家超级计算无锡中心“神威·太湖之光”的机房内，摆放有这样的运算机柜40个、网络机柜8个。每个运算机柜就像家中的双门冰箱一样，打开柜门，里面是两排整齐的运算插件板。

一个机柜集成了128个运算插件板，每个插件由4个运算节点板组成，上面有四个神威芯片。插件板的背面也是一样的结构，也就是说一个插件板上有8个CPU，中间采用水冷技术进行降温。整个“神威·太湖之光”有5120个插件板，总共就有40960个CPU，所以整机是千万核的计算能力。

超算的技术特点

除了执行运算的CPU、GPU核心，超算的另外两大关键技术是内存和互联网络。高性能计算任务通常需要大量的内存，而且所需的空间随计算核心数量的增多而增加。此外，这些内存还要有很高的带宽来迅速将数据传递给处理器核心。互联网络则是将成千上万的主机搭建成超算系统的关键，主机数量越多，对网络的带宽、延迟和稳定性要求就越高。

超算的应用，运算速度很重要，操作系统和软件也很重要，但最最重要的是建模，简单说就是建立各种数学公式，这是运算的基础依据。比如一个物体在空气中飞行，每平方厘米表面积，在不同的速度，不同的空气密度下，承受的压力是多大，这需要由实验获得基础数据，然后作为以后计算的依据。建模是一个庞大的，工作量很大、很繁琐的工作，需要长时间的积累。我国超算在最近几年才井喷式发展，还没有充分利用和发挥其威力，等到建模很完善的时候，将会得到实际科研成果的井喷。

超算的强大功能

对于超级计算机来说，其运算性能远远超乎我们的想象。可以说它上知天文，可夜观天象，也可能解开宇宙奥秘等，下晓地理，什么都能计算。不只是这些，从大的社会风向到小的个人人格特征定位也都在超算的运算范围当中。

借助超算，还可以解决国防、交通工具制造、气候气象、生物信息、地震监测、地球科学、天体物理、公共健康、材料科学、人类组织系统研究等领域的挑战性问题。下面就举几个领域的实际应用来说明超算的强大作用。

超算是计算机信息化发展的引领者，很多处理器技术、虚拟化技术、量子计算等，都是最早为超算服务，之后才普及民用。目前的云计算和大数据，其计算能力也需要超算技术的支持。

天气预报准确度的提升，背后离不开超算的功劳。下不下雨关键看云层运动，超算可以通过对云层运动进行精确模拟和观测，预测气候变化，从而减轻气候变化给人类带来的破坏。

借助超算的强大、快速的运算能力，在实验室实施的亚临界核试验，与真正核试爆的效果是相同的。通过超算建立核爆炸数学模型，深入了解核爆炸原理，研发新一代核武器。

在情报收集、解密等领域，超算作用凸显。棱镜计划显示，美国花巨资收集各国隐私，包括普通百姓的海量信息，这就需要利用超算及时处理海量信息，尽快筛选出有价值的情报。

超算既可以进行基因测序，从根本上破解人类生命的“密码”，从基因修补的角度来避免很多先天性疾病，也可以在几百万的药物成分中，选择最合适的配比进行新药物的开发。

超算可用来认识和改进汽车、飞机或轮船等交通工具的空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性，并帮助提高乘坐者舒适度、减少噪音等。

比如设计一款飞机，我们都知道做成流线型有利于减小飞行阻力，但是不能做成子弹那样单一的流线型。飞机外形是由多个不同弧度的流线型组成的，每个部分的弧度都有几百种可能，每种弧度在0倍～2.2倍音速（每0.01倍音速都要计算一次）的飞行速度下阻力是多大，飞机表面承受的压力是多大，以确定不同部分蒙皮的厚度等。即使一架飞机的大致外形已经确定，以上各种参数分别组合一遍，就有成千上万种可能，每种可能都要用超算演算一遍，以筛选出最优参数组合，然后才能做一个模型做风洞试验。否则要做成千上万个模型，做成千上万次风洞试验，成本和时间是任何一个国家都承受不起的。实际的工作比这复杂很多倍，考虑的问题和细节更多。如果没有超算，我们只能设计出“粗略的，大概差不多”的方案，无法做出最优设计，这样飞机的性能就达不到很高。

残酷而激烈的超算竞争现状

当今，互联网、大数据与实体经济的融合，超算起到关键作用，是解决国家经济建设、社会发展、国防建设等领域重大挑战性问题的重要手段。作为数字经济时代的“引航者”，超算早已成为“兵家必争之器”，成为世界各国争夺的一个战略制高点。

近日，在德国法兰克福召开的全球超算大会上，公布了最新的全球超级计算机500强榜单，其中来自美国的超级计算机“Summit”排名第一，来自中国的超算“神威·太湖之光”位列第二，第三名则是来自美国的“Sierra”。在中国超算占据世界首位几年之后，美国的超算技术已经以迅雷不及掩耳的势头追赶上来。

除了中美之外，日本的超算水平也一直在全球市场的第一梯队。有消息透露称，日本已研发出了理论性能远超过太湖之光和美国的Summit的全新版本超级计算机架构，不过目前尚处于测试阶段，还没有进行量产。

据业内专家表示，目前各国超算还只停留在十亿亿次级别的争夺阶段，下一阶段，即百亿亿次领域的争夺战才是重点。我国已经在这一阶段开始崭露头角，今年5月公布了百亿亿次超级计算机“天河三号”的原型机。

尽早突破超算国产处理器技术难关和相关软件的国产化率是我国超算领域急需解决且正在努力的方向。如果能够实现全面国产化，那么中国将在未来超算领域彻底“放飞自我”，实现与欧美日的强强对决!

超算作为衡量一个国家技术发展水平的重要参考指标，在很大程度上代表了一个国家，一个产业的技术发展实力。这么说虽然有些狭义，但是计算性能的提升对于国家众多领域和行业技术水平的发展确实起着非同寻常的作用。从全局来看，超算水平的提升，对于推动人类向前发展，起着非常重要的作用。