超級(jí)計(jì)算機(jī)

張　偉

隨著電腦的普及，人們往往會(huì)將計(jì)算機(jī)等同于PC(個(gè)人電腦)。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)可劃分為大型機(jī)、小型機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、巨型機(jī)、小巨型機(jī)和工作站6類。其中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大并且價(jià)格最貴的是巨型(也稱超級(jí))計(jì)算機(jī)。

1993年，美國(guó)勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、田納西大學(xué)和德國(guó)曼海姆大學(xué)聯(lián)合推出每半年評(píng)選一次的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)評(píng)選，使得超級(jí)計(jì)算機(jī)廠商競(jìng)爭(zhēng)更激烈，進(jìn)步更快。

超級(jí)計(jì)算機(jī)最早主要是為了滿足科學(xué)研究和軍方的需要，這讓它們顯得“高深莫測(cè)”。隨著人類科技的全方位發(fā)展使得需要超級(jí)計(jì)算機(jī)的領(lǐng)域日漸增多，超級(jí)計(jì)算機(jī)的商業(yè)價(jià)值也因此變得重要。超級(jí)計(jì)算機(jī)可分兩類，采用專用處理器或者采用標(biāo)準(zhǔn)兼容處理器。前者可以高效地處理同一類型問(wèn)題，而后者則可一機(jī)多用，使用范圍比較靈活、廣泛。專一用途計(jì)算機(jī)多見(jiàn)于天體物理學(xué)、密碼破譯等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)有232個(gè)是非專用系統(tǒng)，服務(wù)于軍事、醫(yī)藥、氣象、金融、能源、環(huán)境和制造業(yè)等眾多領(lǐng)域。

世界上第一臺(tái)真正意義上的超級(jí)計(jì)算機(jī)誕生于1963年8月。它就是被稱為“巨型機(jī)之父”的西蒙·克雷設(shè)計(jì)制造的CDC6600。CDC6600共安裝了35萬(wàn)個(gè)晶體管，運(yùn)算速度為每秒百萬(wàn)次浮點(diǎn)運(yùn)算。20世紀(jì)70年代中后期，以向量超級(jí)計(jì)算為主的超級(jí)計(jì)算機(jī)開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)，如CDCCyber205和克雷1號(hào)。值得一提的是，1975年誕生的“克雷1號(hào)”實(shí)現(xiàn)了當(dāng)時(shí)絕無(wú)僅有的超高速——可持續(xù)保持每秒1億次運(yùn)算。而且，這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)的體積并不巨大，就像一套開(kāi)口的沙發(fā)圈椅，靠背處立著12個(gè)一人高的“大衣櫥”，占地不到7平方米，重量不超過(guò)5噸，共安裝了約35萬(wàn)塊集成電路。1992年，英特爾推出Paragon超級(jí)計(jì)算機(jī)，它成為歷史上第一臺(tái)突破萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算屏障的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

2002年，日本研制出當(dāng)時(shí)世界上運(yùn)行速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“地球模擬器”，運(yùn)算速度高達(dá)每秒65萬(wàn)億次，被全球的科學(xué)家用于進(jìn)行地球變暖、颶風(fēng)、地震、火山等方面的研究，日本的汽車廠商也利用它進(jìn)行碰撞試驗(yàn)和其他仿真活動(dòng)。

1997年5月11日，這一天在人機(jī)挑戰(zhàn)賽上可以說(shuō)是歷史性的一天。計(jì)算機(jī)在正常時(shí)限的比賽中首次擊敗了等級(jí)分排名世界第一的棋手。加里·卡斯帕羅夫以2.5：3.5輸給IBM的計(jì)算機(jī)程序“深藍(lán)”。機(jī)器的勝利標(biāo)志著國(guó)際象棋歷史的新時(shí)代。

在2007世界超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)中，462臺(tái)由美國(guó)制造，其中283臺(tái)在美國(guó)。這次占據(jù)榜首的仍然是安裝在美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“藍(lán)色基因／L”，它由美國(guó)IBM公司制造，每秒可以進(jìn)行280.6萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。日本產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)8年多來(lái)首次跌出前10名。日本目前速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)“燕”僅列第14名，曾經(jīng)輝煌一時(shí)的“地球模擬器”已跌至第20名。中國(guó)上榜計(jì)算機(jī)共10臺(tái)(3臺(tái)由IBM制造，6臺(tái)由惠普制造，1臺(tái)為國(guó)產(chǎn)曙光4000A)。

超級(jí)計(jì)算機(jī)能否建立像科幻電影《黑客帝國(guó)》一樣的虛擬世界呢?據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，紐約布克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(BNL)的邁克爾·麥克圭根認(rèn)為，在未來(lái)幾年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)虛擬世界現(xiàn)實(shí)化，其逼真性完全能夠“以假亂真”。麥克圭根指出，紐約布克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的世界上最快超級(jí)計(jì)算機(jī)藍(lán)色基因／L可以建立人工虛擬世界。藍(lán)色基因／L有18個(gè)組件架，每層組件架上有2000個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)處理器，由此提供強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力。它可提供每秒103萬(wàn)億次“浮點(diǎn)運(yùn)算”。

根據(jù)推測(cè)，未來(lái)光子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度可能比今天的超級(jí)計(jì)算機(jī)快1000－1萬(wàn)倍。而一臺(tái)具有5000個(gè)左右量子位的量子計(jì)算機(jī)可以在大約30秒內(nèi)解決傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)需要100億年才能解決的素?cái)?shù)問(wèn)題。

責(zé)任編輯趙新宇