超級計算機讓人聯想到那些巨型的、笨重的、過熱的機器的形象，這些機器是世界上最早涉足計算領域的機器，它們占用了大量空間，一次又一次地進行巨量運算。即使個人電腦和網絡系統無處不在，超級計算機仍在幕后執行著各種普通計算機無法執行的運算任務。本文將向您介紹什么是超級計算機，以及它們在幾個工業和科學領域中的工作原理。
什么是超算？
首先，一點背景知識。是什么讓超級計算機如此與眾不同？嗯，這個定義有點難確定。
一般認為，超級計算機是指一臺擁有超級算力的計算機，它在任何給定的時間點上都是世界上最強大、最快的系統之一。
術語“超級計算”是指使用并行工作的多個計算機系統（即“超級計算機”），集中計算資源來處理一些大量而復雜的數據運算問題。通常這樣一個系統，是以任何計算機的最大潛在性能工作的，通常以千兆次計算。
超級計算使分析和解決問題的速度大大提升，這在標準計算機（如流體動力學計算）中是根本不可能的，因為耗時又昂貴。今天，大數據賦予了超級計算機更重要的使用價值。一臺超級計算機可以從冗繁又無序的海量信息中提取到最關鍵的因子，從而為人類的商業活動提供更準確的決策依據、為科學研究提供更精確的仿真建模樣本。
高性能計算（HPC）基于超算發展而來的有用的變體，使得集中計算資源解決數據分析問題成為可能，而無需花費一臺全尺寸的超級計算機。
數字化轉型和從海量數據中提取關鍵因子進行分析和洞察的需求是普遍存在的。因此，支持這些需求的超級計算基礎設施也必須是通用的，從小型企業到大型國家實驗室，每個組織都可以使用。
超級計算與網格計算的關聯
由于摩爾定律使曾經不可能的事情成為可能，企業開始尋求更加強大的計算技術。超級計算機是當前世界上速度最快的計算機之一。超級計算機曾經是政府和高端研究實驗室的領域，執行模擬核裝置爆炸或分析大規模天氣和氣候現象等任務。但事實證明，只要稍加調整，這項工作中使用的算法對商業是非常有用的。
現代超級計算通常是通過一種稱為大規模并行處理的技術來完成的（計算機內部有許多微處理器同時工作，一起解決問題）。速度最快的超級計算機是使用數百個微處理器制造的，它們都經過編程，可以作為一個超級大腦協同工作。
另一種稱為網格計算的技術正在進一步改變超級計算的經濟性。網格計算是分布式計算的一種，網格計算研究如何把一個需要非常大的計算能力才能解決的大問題分解成若干個小的計算任務，然后把這些小計算任務分配給多個計算機同時進行處理，最后把這些計算結果整合起來，得到最終結果。有了網格計算，公司在現有的個人電腦或服務器上安裝了特殊的軟件，使這些計算機能夠在一個共同的問題上協同工作。大型企業可能建有本地機房，本地機房一般由數千臺計算機組成，但它們不一定總是在滿負荷的運行中。在計算需求低谷時期，會有很大一部分計算機處于閑置狀態。通過安裝網格軟件，這些閑置設備可以被組編成計算集群，來進行復雜的計算任務，就好像它們是一臺大型的并行超級計算機一樣。這樣，本地機房里閑置的普通計算機可以得到充分利用，而網格軟件又使計算集群的整體計算能力大大提高，計算成本由此降低。
多核、大規模并行和網格計算都是相關的。把多核芯片想象成在一個芯片中有幾個處理器。把大規模并行的超級計算機想象成在一臺計算機上有幾個芯片，把網格計算看作是利用現有的計算機一起完成一項任務（本質上是一臺由多臺計算機組成的計算機）。雖然這些技術提供了巨大的希望，但它們都受到相同的限制：必須編寫軟件，將現有問題分成可由每個內核、處理器或計算機分別處理的小塊。
世界上第一臺超級計算機是位于英國的巨無霸。它的設計初衷是在第二次世界大戰期間讀取信息和破解德國密碼，它每秒最多可以讀取5000個字符。但是將其與每秒完成42.5萬億次運算的現役美國宇航局哥倫比亞超級計算機相比較，你就會發現計算機的運算速度，在短短的幾十年里有著怎樣天翻地覆的革新。換言之，過去的超級計算機現在僅可以稱得上是一個令人滿意的計算器，而我們現在所說的超級計算機是任何計算機所能達到的最先進的。
然而，有一些東西使計算機分支進入“超級”領域。它通常有一個以上的中央處理器（CPU），這使得計算機可以更快地進行電路切換，同時完成更多的任務。（正因為如此，一臺超級計算機也將擁有大量的存儲空間，因此它可以一次訪問許多任務）它還可以進行向量運算，這意味著它可以計算多個操作列表，而不是一次只計算一個。
以上就是超級計算機的背景知識。
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