当前课程知识点：计算机文化基础 > 第2课：揭开计算机的神秘面纱 > 讲座：计算机世界中的巨无霸 > 计算机世界中的巨无霸
同学你好
我是计算机系的薛巍
今天由我来给你介绍一下
计算机世界中的巨无霸
超级计算机
今天的内容呢
主要包括三个方面
首先
什么是超级计算机
第二
超级计算机用来干什么
第三
我想介绍一下超级机的昨天、今天与明天
超级计算机
在英文里面也就是说是
Supercomputer
顾名思义
是指能够执行
个人电脑无法处理的
大数据量的任务
以及无法完成的大计算量的任务
的高速电脑
在衡量超级计算机的计算能力方面
主要分两方面的指标
首先是存储能力
这个大家是相当熟悉的
就是我们现在
用来衡量硬盘容量的这个指标
包括GB、TB甚至是EB（10^6TB）
那在计算能力的衡量方面呢
我们用的是FLOPS
大家可能不太清楚什么叫FLOPS
FLOPS的定义是
每秒钟可以完成的浮点运算次数
那当今的超级计算机
目前的存储能力
已经达到PB量级
计算能力也已经达到数十Petaflops
我们再来看一看
现代超级计算机是怎样构成的
在大家的左上角
可以看到
这是组成超级计算机
最最基本的单元
处理器
现在大多的处理器都是多核的
这个和各位见到的
个人计算机里面的处理器
是相当或相似的
在大家的屏幕的左下角
可以看到
有多个处理器放在计算机的主板上
会形成一个计算节点
那这个节点呢
成为组成超级计算机的第二层基本单元
由多个这样的节点
会组成一个机柜
也就是我们所谓的
大家右下角的这张图
我们称之为一个大的机柜
然后把多个机柜
通过高速互联网连接在一起
会成为最终的
大规模超级计算机
从使用者的角度来说
超级计算机使用的好坏
就是是否能够有效的把
大量的计算核心（也就是计算部件）
去方便而且高效的协调好
来解决同一个计算问题
其核心技术呢
就是所谓的并行处理
那并行处理的原理呢
实际上就是
把多个任务有效的在多个处理单元上
同时执行
正如我这张图给大家显示的一样
与并行处理相对应的是串行处理
串行处理
就是我们通常在
单个计算单元上
进行任务处理的方式
目前来说
其实并行处理并不是
为超级计算机独有的
并行处理正在成为
通用的计算技术
在这里
我给出美国Delaware 大学
高光荣教授总结的
从2001年到2011年多核处理器的
发展过程
可以看到
目前主流的
处理器厂商
比如Intel、AMD、IBM
都已经把他们的处理器
全面升级到多核处理器
而且核数随着技术发展越来越多
目前Intel最新的处理器
可以达到10核甚至12核
计算能力
下面呢
我们就开始
向大家介绍
超级计算机到底是谁来用
能用来干什么
超级计算机的应用目标
实际上是三个目的
首先是更快
同一个问题能够算的比
单机系统更快
我在这里给大家举了一个例子
是可扩展的数值天气预报系统
大家可以看到
这里面是
在模拟一个台风
从生成到登陆的一个过程
那大家也知道
台风登陆
会给国家和人民财产造成很大的
损失
所以我们要快速的预测台风的
生成和登陆的位置
这个
是我们在天河1A系统上
采用6000核
计算的实时的
台风登陆过程
其次
超级计算机的使用目标是更强
也就是计算比单机系统更大的问题
这里面我给大家举的例子是
地震资料处理
也就是用数据处理的方法
来进行石油勘探
这里面可以看到
海上三维地震勘探的数据量
都达到数十TB以上
要想快速的完成数据的处理
以及对海底的地层构造有效的解析
需要大规模的计算才能完成的
超级计算机
使用的第三个目标
是更多
也就是同时可以支持更多数量的
计算任务
我这里给大家举的例子是Google
可以看到这张图上
随着时间的变化
从东到西
逐步亮起来
这个图展示的是Google
在一天的24小时
以及7天7×24小时
甚至一年连续不断的365天里面
都可以有效的支持
来自全世界
100多个国家的访问需求
那Google目前来看
他们每秒钟可以处理
成千上万个人的搜索请求
而让你感觉它都像是
Google是仅仅为你一个人服务的
在这种情况下
实际上Google需要有强大的计算能力
来保证它同时能响应
这么多的计算任务
目前来说
超级计算已经成为
科学研究必备的手段
与理论研究、实验研究并列
同时超级计算
在工业领域也得到了广泛的应用
这张图我给大家展示的是
IDC2004年提供的一个报告
目前来说
以超级计算为基础的
工业计算市场份额已经达到
50亿美元的规模
而且还在不断增加当中
那下面呢
我想跟大家聊一聊
超级计算机的发展史
超级计算机实际上
起源于1960年代
最早的Atlas
是1962年建成的
然后美国的CDC6600
是在1964年建成的
它们都是当时
当时代最快的计算机
而且引入了一些并行处理的能力
基本上都是超级计算机
最最早的鼻祖
在之后呢
实际上
值得铭记的是CRAY
CRAY是一个公司的名字
也是公司创始人的名字
在1976年
CRAY公司建立了第一台
真正意义上它自己的超级计算机
叫CRAY-1
它有8个处理器组成
1985年
它建立了第二台超级计算机
CRAY-2
创新的引入了液冷技术
然后再之后呢
影响超级计算机的发展
最重要的里程碑是
top500
top500呢
它指的是
世界上最快的500台超级计算机的评选
大家可以在我给大家列出的这个网站上
了解历次评选的结果
那top500的评选依据
是运行一个程序
这个程序名字叫做LINPACK
它的运行结果
作为排序的依据
top500的发榜呢
一年有两次
每年11月份
在美国的SC会议上发榜
每年6月的
在德国的ISC会议上发榜
中国呢
也积极参与全世界
500强计算机的发布
还特意设置了
中国的TOP100列表
它是每年11月份在HPC China
会议上发布
那这里呢
我想给大家
展示一下从top500创立
1993年开始
到2013年至今为止
TOP500计算能力的变迁
在图中可以看到
横坐标是指
不同的年代
纵坐标是计算能力
图形上的三条线呢
分别代表
蓝色的线
代表全世界最快的500台计算机
它计算能力的总和
黑色的线
代表全世界最快的那台计算机
计算能力
而橙色的代表
全世界第500台计算机的计算能力
从这张图我们可以清晰的看到
从1993年到2003年
超级计算机的总计算能力
翻了大概500倍以上
平均每6到8年
排名第一的超级计算机
就会跌出TOP500的榜单
从此可以看到
超级计算机在过去
几十年快速的发展历程
同样也说明
工业界、科学界对超级计算机
应用需求的旺盛
那我这里边还有几个
其他的数据提供给大家
可以看到
这里这个点是我的笔记本的计算能力
它大概是70GFLOPs
那它相当于是2002年
第500快的计算机的计算性能
这个点呢，代表的是我的iPad2
和我的ipone4s的计算能力
大概是1GFLOPs
它相当于是
1994年
第500快的计算机的计算能力
通过这样的事实
告诉大家
超级计算的今天
就是我们个人计算的明天
实际上
大量的超级计算机技术
在明天都会应用到
个人计算技术当中
最后
我想跟大家谈一谈
超级计算机的未来
实际上
现在传统的超级计算机
未来的发展
是建立ExaScale的计算系统
也就是1000PFlops的计算系统
让我们以2013年
出产的天河二号
（目前）世界第一的计算机为例
它的系统总的峰值能力
达到55PFLOPs
对比ExaScale 的系统
它有20倍的差距
它的功耗占用18兆瓦
也就是相当于一个中小城市的用电总量
而ExaScale预期的
功耗的要求在20兆瓦以内
目前来看
还有15倍的差距
功耗实际上是目前
影响超级计算机未来发展
最重要的指标
那之后
在系统的总内存
每个节点的性能
每个节点内的并行度
以及网络通信
还有系统规模上
实际上
应该说
目前的最快的超级计算机
并不能简单的
通过放缩的办法
建立未来的ExaScale的
超级计算系统
我们国家在超级计算机的发展历程上
也有着举足轻重的作用
从我给大家列的这个饼图可以看到
中国在最新一次榜单
也就是今年6月份的榜单上
在500台计算机里面总计算性能的份额
能占到全世界第二名
总共达到13.7%的计算能力
而中国TOP100的计算机
排名第一的也是
世界上排名第一的计算机
天河二号
它是2013年建成
总核数达到312万核
坐落在国家超算广州分中心
然后第二名、第三名
都是天河系列的产品
而第四名是神威蓝光
是2001年出产
坐落在国家超算济南中心
它有13万颗处理器核
神威蓝光系统
是我国完全自主生产的
超级计算机
下面
我们一起走近神威蓝光系统
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