超級(jí)計(jì)算機(jī)讓人聯(lián)想到那些巨型的、笨重的、過熱的機(jī)器的形象，這些機(jī)器是世界上最早涉足計(jì)算領(lǐng)域的機(jī)器，它們占用了大量空間，一次又一次地進(jìn)行巨量運(yùn)算。即使個(gè)人電腦和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無處不在，超級(jí)計(jì)算機(jī)仍在幕后執(zhí)行著各種普通計(jì)算機(jī)無法執(zhí)行的運(yùn)算任務(wù)。本文將向您介紹什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)，以及它們?cè)趲讉€(gè)工業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域中的工作原理。
什么是超算？
首先，一點(diǎn)背景知識(shí)。是什么讓超級(jí)計(jì)算機(jī)如此與眾不同？嗯，這個(gè)定義有點(diǎn)難確定。
一般認(rèn)為，超級(jí)計(jì)算機(jī)是指一臺(tái)擁有超級(jí)算力的計(jì)算機(jī)，它在任何給定的時(shí)間點(diǎn)上都是世界上最強(qiáng)大、最快的系統(tǒng)之一。
術(shù)語“超級(jí)計(jì)算”是指使用并行工作的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（即“超級(jí)計(jì)算機(jī)”），集中計(jì)算資源來處理一些大量而復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算問題。通常這樣一個(gè)系統(tǒng)，是以任何計(jì)算機(jī)的最大潛在性能工作的，通常以千兆次計(jì)算。
超級(jí)計(jì)算使分析和解決問題的速度大大提升，這在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)（如流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算）中是根本不可能的，因?yàn)楹臅r(shí)又昂貴。今天，大數(shù)據(jù)賦予了超級(jí)計(jì)算機(jī)更重要的使用價(jià)值。一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)可以從冗繁又無序的海量信息中提取到最關(guān)鍵的因子，從而為人類的商業(yè)活動(dòng)提供更準(zhǔn)確的決策依據(jù)、為科學(xué)研究提供更精確的仿真建模樣本。
高性能計(jì)算（HPC）基于超算發(fā)展而來的有用的變體，使得集中計(jì)算資源解決數(shù)據(jù)分析問題成為可能，而無需花費(fèi)一臺(tái)全尺寸的超級(jí)計(jì)算機(jī)。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型和從海量數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵因子進(jìn)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(jí)計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施也必須是通用的，從小型企業(yè)到大型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，每個(gè)組織都可以使用。
超級(jí)計(jì)算與網(wǎng)格計(jì)算的關(guān)聯(lián)
由于摩爾定律使曾經(jīng)不可能的事情成為可能，企業(yè)開始尋求更加強(qiáng)大的計(jì)算技術(shù)。超級(jí)計(jì)算機(jī)是當(dāng)前世界上速度最快的計(jì)算機(jī)之一。超級(jí)計(jì)算機(jī)曾經(jīng)是政府和高端研究實(shí)驗(yàn)室的領(lǐng)域，執(zhí)行模擬核裝置爆炸或分析大規(guī)模天氣和氣候現(xiàn)象等任務(wù)。但事實(shí)證明，只要稍加調(diào)整，這項(xiàng)工作中使用的算法對(duì)商業(yè)是非常有用的。
現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算通常是通過一種稱為大規(guī)模并行處理的技術(shù)來完成的（計(jì)算機(jī)內(nèi)部有許多微處理器同時(shí)工作，一起解決問題）。速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)是使用數(shù)百個(gè)微處理器制造的，它們都經(jīng)過編程，可以作為一個(gè)超級(jí)大腦協(xié)同工作。
另一種稱為網(wǎng)格計(jì)算的技術(shù)正在進(jìn)一步改變超級(jí)計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性。網(wǎng)格計(jì)算是分布式計(jì)算的一種，網(wǎng)格計(jì)算研究如何把一個(gè)需要非常大的計(jì)算能力才能解決的大問題分解成若干個(gè)小的計(jì)算任務(wù)，然后把這些小計(jì)算任務(wù)分配給多個(gè)計(jì)算機(jī)同時(shí)進(jìn)行處理，最后把這些計(jì)算結(jié)果整合起來，得到最終結(jié)果。有了網(wǎng)格計(jì)算，公司在現(xiàn)有的個(gè)人電腦或服務(wù)器上安裝了特殊的軟件，使這些計(jì)算機(jī)能夠在一個(gè)共同的問題上協(xié)同工作。大型企業(yè)可能建有本地機(jī)房，本地機(jī)房一般由數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，但它們不一定總是在滿負(fù)荷的運(yùn)行中。在計(jì)算需求低谷時(shí)期，會(huì)有很大一部分計(jì)算機(jī)處于閑置狀態(tài)。通過安裝網(wǎng)格軟件，這些閑置設(shè)備可以被組編成計(jì)算集群，來進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，就好像它們是一臺(tái)大型的并行超級(jí)計(jì)算機(jī)一樣。這樣，本地機(jī)房里閑置的普通計(jì)算機(jī)可以得到充分利用，而網(wǎng)格軟件又使計(jì)算集群的整體計(jì)算能力大大提高，計(jì)算成本由此降低。
多核、大規(guī)模并行和網(wǎng)格計(jì)算都是相關(guān)的。把多核芯片想象成在一個(gè)芯片中有幾個(gè)處理器。把大規(guī)模并行的超級(jí)計(jì)算機(jī)想象成在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上有幾個(gè)芯片，把網(wǎng)格計(jì)算看作是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)一起完成一項(xiàng)任務(wù)（本質(zhì)上是一臺(tái)由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算機(jī)）。雖然這些技術(shù)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(xiàn)有問題分成可由每個(gè)內(nèi)核、處理器或計(jì)算機(jī)分別處理的小塊。
世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)是位于英國(guó)的巨無霸。它的設(shè)計(jì)初衷是在第二次世界大戰(zhàn)期間讀取信息和破解德國(guó)密碼，它每秒最多可以讀取5000個(gè)字符。但是將其與每秒完成42.5萬億次運(yùn)算的現(xiàn)役美國(guó)宇航局哥倫比亞超級(jí)計(jì)算機(jī)相比較，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的運(yùn)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(jí)計(jì)算機(jī)現(xiàn)在僅可以稱得上是一個(gè)令人滿意的計(jì)算器，而我們現(xiàn)在所說的超級(jí)計(jì)算機(jī)是任何計(jì)算機(jī)所能達(dá)到的最先進(jìn)的。
然而，有一些東西使計(jì)算機(jī)分支進(jìn)入“超級(jí)”領(lǐng)域。它通常有一個(gè)以上的中央處理器（CPU），這使得計(jì)算機(jī)可以更快地進(jìn)行電路切換，同時(shí)完成更多的任務(wù)。（正因?yàn)槿绱耍慌_(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)也將擁有大量的存儲(chǔ)空間，因此它可以一次訪問許多任務(wù)）它還可以進(jìn)行向量運(yùn)算，這意味著它可以計(jì)算多個(gè)操作列表，而不是一次只計(jì)算一個(gè)。
以上就是超級(jí)計(jì)算機(jī)的背景知識(shí)。
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