科技之光丨超级计算机：科技创新的“发动机”

多客科技

作者：新湖南
湖南日报·新湖南客户端记者 周阳乐

引子

国际超级计算机TOP500组织，每年对全世界已安装的超级计算机进行两次排名，进入排名前10位的系统代表着超级计算的顶尖水平。“天河一号”“天河二号”“神威·太湖之光”，这些让中国人引以为傲的超级计算机曾先后登上世界超级计算机冠军宝座。

超级计算机的“超级”，在于它能执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算。

通常说，背负的东西越多，越跑不动。超级计算机是如何办到的呢？

原来，它用了很多个芯片。如果把普通计算机的芯片比作1个士兵，超级计算机就是一个超级军团，“千军万马”有机地叠在一起，同时执行任务，专业术语称之为“并行计算”，便能大大提高运算速度。

然而，超级计算机的运算速度并不遵循“1+1=2”的公式，芯片之间需要有任务划分和数据交换，这些也是要消耗时间的。因此，超级计算机的计算能力是计算、存储、互连等全系统综合能力的体现。

“天下武功，唯快不破”。计算机速度越快，越能帮助我们解决一些过去无法解决的难题。

当今，计算已经成为继理论与实验之后的第三种研究方法，通过计算机建模仿真等技术手段，可以在虚拟世界中完成自然条件下难以完成的科学实验和探索。

它能“算天”，研究气候气象等大气物理与宇宙起源演化等天体物理，比如精准地预报天气、预警空气污染、测算飓风走向等。

它能“算地”，研究油气能源开发中地下油藏分布的“小地球物理”和地震成因、地质演化等“大地球物理”，比如指导油气勘探和油气开采。

它能“算人”，研究人类的基因密码、生命动力学特征、神经科学等，比如在3个小时内完成500人规模的全基因组关联性分析。

近年来，超级计算机除了支持传统的大规模科学工程计算外，已开始面向全社会提供计算服务，在百姓“衣食住行玩”等领域大显身手。

“衣”方面，它通过高分子材料模拟、“材料基因组”实施，开发更舒适、优质和丰富的服装材料；“食”方面，它通过高性能数据分析，指导农业优质分子育种、高效环保肥料生产、发酵等食品工艺优化；“住”方面，它用建筑信息建模和虚拟现实等技术，让人们看得到自己住的小房子，也能了解生活的大环境；“行”方面，它用 “数值风洞”指导研发安全行驶的汽车、飞机，保障人们安全出行；“玩”方面，它用大规模渲染制造平台制作绚丽的灯光秀、大规模动漫渲染和影视特效等。

“计算力就是生产力”。超级计算机被誉为科技创新的“发动机”，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志，是世界各强国争夺的战略制高点。

超级计算机的下一个目标是E级超算，即每秒钟进行百亿亿次运算。随着运算能力的跳跃式发展，对超算系统的可扩展性、成本、能耗、可靠性等提出了巨大的挑战。

（科学指导：湖南大学国家超算长沙中心副主任彭绍亮教授）

[责编:曾璇]

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