超算大对决

季海

二战期间，美军的阿伯丁实验室为计算炮弹的弹道参数，伤透了脑筋。研究人员面对一组组复杂待解的方程式，不禁仰天长叹、泪流满面：手工计算太耗费时间和精力了！

科学家们心想：如果有一台机器会自动计算这些方程，那该多好！

说干就干，以莫希利、埃克特为首的科学家组成了“莫尔小组”，很快就捣鼓出了世界上第一台通用计算机——埃尼阿克（ENIAC）。

埃尼阿克的块头很大：长30.48米、宽6米、高2.4米，重达30吨，占地面积约170平方米，共有30个操作台，造价达48万美元——在那个时代，这可是个天文数字！

别看埃尼阿克的外表笨重，但头脑却很灵活，它的计算速度是每秒5000次加法或400次乘法，比人工计算的速度快了20万倍，而且它还不知疲惫，可以日夜工作。

有了埃尼阿克，科研人员轻松了许多，许多繁杂的计算就交给它去完成了。随后，在埃尼阿克的帮助下，原子弹这类核武器，很快被研究出来，并用于实战。

虽然计算机能帮助我们完成许多工作，但在处理一些非常复杂的问题时，普通计算机就无能为力了。就拿天气预报来说吧，需要对海量的观测数据进行分析和测算，如果依靠普通计算机，那不知什么时候才能完成。这时，超级计算机就轰隆隆地诞生了。

在计算机大家族中，超级计算机是功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机。虽然它的基本构成与普通计算机没有太大差异，但它的规格与性能都强大许多。如果把普通计算机的运算速度比作成人走路的速度，那么超级计算机就达到了火箭般的速度。

1976年，美国推出了世界上首台超级计算机，运算速度达每秒2.5亿次，这标志着人类进入超算时代。

我们都知道，许多高新技术的诞生，最初都是出于军事目的，然后再转化为民用，超级计算机也不例外。

1991年爆发的海湾战争中，美军的“爱国者”导弹大战伊拉克的“飞毛腿”导弹特别引人注目。虽然战场在中东地区，但美军真正的“指挥官”却是坐落在美国本土的超算中心。一旦太空中的侦察卫星发现“飞毛腿”发射，就立即把信息传送给超算中心，那里的超级计算机只需3至5秒，便能计算出“飞毛腿”的飞行时间、轨道及相应的拦截参数。反导部队将这些参数输入导弹，就能发射“爱国者”拦截“飞毛腿”。

超级计算机不但在战场上大显神威，而且在武器研发方面也大有作为。凭借强大的计算能力，它能完成人类工程师几年甚至十几年都做不完的工作。想当年，美国大名鼎鼎的M1“艾布拉姆斯”主战坦克从1963年开始研制，到1980年首批坦克下线，耗时长达17年。有了超级计算机的帮助，美国研制新一代“斯特赖克”装甲车时，从签订合同到交付使用只用了短短18个月。

未来的超高音速武器设计难度更大，算法更复杂，不可能进行海量的实际测试来收集和分析数据，只有依靠超级计算机进行模拟实验。可以说，谁拥有更先进的超级计算机，谁就在未来武器发展上占有先机。

你也许会问，超级计算机这么厉害，除了在军事方面，还有哪些领域可以大显身手呢？答案就是一句话：算天、算地、算人。

“算天”，就是帮助科学家进行飞行器设计和天气预报。就拿天气预报来说吧，大家有没有感觉到，如今的天气预报越来越准了？只要留意智能手机，你就会发现天气预报都精确到“小时”了：上午8时多云、10时阴天，下午14时小雨……其实，这背后都是超级计算机的功劳。我国现在用“天河二号”超级计算机来预报天气，它能够对实时气象数据进行大量计算和分析，再将预测结果传给预报员。“天河二号”的预测准确率和精细化程度很高，时间分辨率能达到每小时，空间分辨率能达到每公里。

“算地”是指矿产资源的开发。通过地球遥感卫星提供的观测数据，超级计算机可以分析出地表下面的矿产资源，并很快计算出储藏量。

“算人”是将超级计算机应用在医疗领域，解读生命的奥秘。超级计算机不仅能进行基因测序，从基因修补的角度来帮助人类避免很多先天性疾病，还可以在几百万种药物成分中，选择最合适的配比进行新药的开发。过去研制一款新药需要耗时十几年，花费巨大，现在完全不需要这么长时间了。

“算人”的最高境界，就是现在大热的人工智能。科学家想让超级计算机模仿人类的大脑来进行思考，甚至具备情感，真正达到类人的智能。

在超级计算机领域，有着一份世界500强榜单。根据最新的排名，如果一台计算机的运算能力达不到每秒500万亿次，它将被无情地“除名”。衡量超级计算机的标准“简单粗暴”——运算能力够快！

在这份全球Top500榜单之中，中美两国上榜计算机的数量，已经遥遥领先。

这份榜单每隔半年更新一次，总能引起全世界的关注。人们津津乐道冠军的更替，哪个国家上榜的超级计算机最多、总算力最高。

很多人很惊奇：中国发展超级计算机的时间不长，怎么突然就赶超上来呢？

其实，我国超级计算机的发展，最早可以追溯到20世纪七八十年代。从1983年开始，我国的超级计算机一共出现了五大系列，分别为银河、天河、曙光、神威和深腾系列。但由于我国的科技基础薄弱，一直不算超级计算机强国。

我国政府高度重视超级计算机的发展。在科学家的不懈努力下，我国2010年研发的“天河一号”拿下了首个世界冠军。从那以后，我国科学家的小宇宙大爆发了，并且一发不可收拾。从2013年开始，先后推出“天河二号”“神威太湖之光”等超级计算机，连续多年霸榜。尤其是“神威太湖之光”，从硬件到软件全部实现了国产化，峰值运算速度达到每秒12.5亿亿次。亿亿次，“1”后面16个“0”，大致相当于200万台普通计算机同时运行！

只用了短短40年，我国超级计算机就实现了从无到有、从跟跑到领跑。目前，我国有6个超级计算中心，已经构建了从编译器、操作系统、开发环境到应用平台的较为完善的软件生态链。

由于超级计算机的本领过于高强，世界上的主要科技大国都把提高超算能力视為必争的战略要点。谁拥有更强的超算能力，谁就能在科技领域拿下一个重要支撑点，从而成为未来世界的主导者。

看到中国超级计算机连续6年霸榜，美国人坐不住了，终于在2018年6月，凭借新一代的“顶点（SUMMIT）”超级计算机重返榜首。美国人很开心，宣称这是目前全球运算性能最强大、最智能的科研超级计算机，每秒最多可执行20亿亿次的浮点运算。

美国阿贡中心主任米歇尔·帕普卡说：“当一个国家拥有世界排名第一的超级计算机时，这意味着该国一切繁复的运算、模拟将比别国更快、更准确。相应的，该国的最终设计制造周期将大幅度缩短，无论在军事还是民用领域，都将占据无可比拟的战略领先优势。”

目前，虽然我国失去了最强大超级计算机的位置，但是在500强榜单中依然占据了数量优势，以206台排名世界第一。而美国以124台排名第二，排在第三、四、五名的分别是日本、德国、法国。这五个国家正好也是世界GDP排名前五的国家，说明超级计算机的研制确实和国家实力有着密切的联系。

最近有好消息传来：“天河三号”研制进展顺利，计划将在2020年完成研制任务。据说，“天河三号”的运算速度将大幅度超越“神威太湖之光”和目前位居榜首的“顶点”，甚至比“顶点”快五倍，达到每秒百亿亿次的量级。

好戏还在后头，就让我们等着瞧吧！