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本文作者系国家超级盘算长沙中央(湖南大学)副主任/教授博导/长江学者彭绍亮

4月中旬,据全球网报道,美国商务部网站宣称,将7其中国超级盘算机实体列入所谓“实体清单”,声称其涉嫌“损坏军事现代化的稳固”。

对于外界来说,超级盘算机总是笼罩着一层神秘的气氛,用“只听其声、未见其人”来形容再合适不外了。

到底什么是超级盘算机?与通俗盘算机有什么区别?与现在经常被提及的量子盘算机有什么区别?超级盘算性能用来做什么?国家超级盘算长沙中央(湖南大学) 副主任彭绍亮周全解答有关超级盘算机的疑问。

1、超级盘算机与通俗盘算机的区别是什么?

超级盘算机,顾名思义是指能够执行一样平常小我私人电脑无法处置的大量资料与高速运算的盘算机。超级盘算机是盘算机中功效最强、运算速率最快、存储容量最大的一类盘算机,不仅用于国家高科技领域和尖端手艺研究,而且在关乎国计民生、国家平安的险些所有领域,超级盘算机都施展举足轻重的要害作用,是国家科技生长水平和综合国力的主要标志,是天下各强国争取的战略制高点。

国际超级盘算机TOP500组织,每年对全天下已安装的超级盘算机举行两次排名,并在这一领域最具天下影响力的国际超级盘算大会上宣布,其排名在相当水平上显示了一个国家信息领域的科技创新能力和综合实力,稀奇是进入排名前10位的系统代表着超级盘算的顶尖水平。

超级盘算机用了许多个处置器,若是把通俗盘算机的处置器比作1个士兵,超级盘算机即是一个超级军团,“千军万马”有机地叠在一起,同时执行义务,专业术语称之为“并行盘算”,便能大大提高运算速率。

然而,超级盘算机的运算速率并不遵照“1+1=2”的公式,芯片之间需要有义务划分和数据交流,这些也是要消耗时间的,因此,盘算速率的增进,总是低于芯片数的增进。一台超级盘算性能够容纳下若干芯片,取决于系统架构。超算架构同样也是焦点手艺,超算超强的盘算能力是盘算、存储、互连等全系统综合能力的体现。

2、量子盘算机与超级盘算机有什么区别?

现在的超级盘算机大部门是冯诺依曼系统结构的硅基盘算机,除此之外其他类型的盘算机或者专用机、超级盘算机等都称为新型系统结构盘算机,例如:量子盘算机。

量子盘算机是一种可以实现量子盘算的机械,是一种通过量子力学纪律以实现数学和逻辑运算,处置和储存信息能力的系统。它以量子态为影象单元和信息储存形式,以量子动力学演化为信息转达与加工基础的量子通讯与量子盘算,在量子盘算机中其硬件的种种元件的尺寸到达原子或分子的量级。

量子盘算机是一个物理系统,它能存储和处置关于量子力学变量的信息。量子盘算机和许多盘算机一样都是由许多硬件和软件组成的,软件方面包罗量子算法、量子编码等,在硬件方面包罗量子晶体管、量子储存器、量子效应器等。现在在全天下局限内还处于理论和手艺研发状态,量子盘算手艺正处于起步阶段。量子盘算机当前所处的阶段,与1980年月的传统盘算机相似,没有看到大规模应用。

3、超级盘算机用于哪些领域?

超级盘算机肩负着大型科学工程盘算的使命,有人总结它在“算天算地算人”上都能派上用场。传统的超级盘算机的主要功效是“算天、算地、算人”。

“算天”,就是研究天气气象等大气物理与宇宙起源演化等天体物理等重大问题,好比千年天气转变研究、年季的区域天气转变研究、气象和海洋预告、空气污染预警预告等。

“算地”,就是解决油气能源开发中地下油藏漫衍的“小地球物理”和地震成因、地质演化等“大地球物理”研究挑战。稀奇是在油气勘探领域,基于高密度地震波勘探数据,反演地下地质结构三维高精度成像来指导油气开采,必须依赖超级盘算能力来完成大规模地震数据处置。现在我国在这个领域已经走在天下先进水平。

“算人”,就是研究人类的基因密码、生命动力学特征、神经科学等。它能在3个小时之内完成500人规模的全基因组关联性剖析;对人体血流举行模拟与剖析,可以实时有用地判断他是否会发生脑梗塞的风险;“天河”超级盘算机协助搭建起“15秒断诊”新冠CT影像智能诊断平台,并助力筛选能抑制病毒的小分子药物;在人工智能方面,超级盘算机也是不能替换的硬件支持。

一小我私人的大脑就有1000亿个神经元和更大规模的神经突触,要在人类生命科学领域取得重大突破,就必须借助超级盘算机举行庞大的具有生命特征的动力学仿真和海量数据处置。

近些年超级盘算机最先面向全社会提供盘算服务,除了支持传统的大规模科学工程盘算,还在大数据、人工智能、区块链等领域施展了伟大作用。天河超级盘算机已经在天津、长沙、广州、吕梁等多个都会举行了部署,每个通俗用户都可以通过互联网直接申请盘算资源和盘算服务。超级盘算机在“衣食住行玩”等事关国民经济和生涯的领域大显身手。

“衣”,就是通过高分子质料模拟、“质料基因组”实行来开发更恬静、优质和厚实的服装质料。

“食”,就是用高性能数据剖析来指导农业优质分子育种、高效环保肥料生产、发酵等食物工艺优化等。“住”,就是用修建信息建模BIM和虚拟现实等手艺,让我们不仅可以看到我们的小屋子,还可以足不出户就领会我们生涯的大环境。

“行”,就是用我们基于超级盘算机构建的“数值风洞”指导我们研发平安行驶的汽车、稳固航行的飞机。“玩”,由超级盘算机构建起来的大规模渲染制造平台正在为我们制作壮丽的灯光秀、大规模动漫渲染和影视特效等,像春晚灯光秀、动画片“熊出没”、新版西游记等大量我们喜闻乐见的影戏、电视剧、游戏等正在超级渲染平台上完成。

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领先天下的湖南“三超”,另外两超“超级水稻”和“超级轨道”都是超级盘算机的大用户。现在,国家超级盘算长沙中央“天河”超级盘算机的用户已经跨越1200家,包罗各大企业、事业、高校、研究所等,支持国家级项目课题跨越400项。 “盘算力就是生产力”,国际上公认超级盘算机手艺及产物是一个国家综合国力的象征。超算的下一个目的是E级超算,即每秒钟举行百亿亿次运算,随着运算能力的跳跃式生长,对于超算系统的可扩展性、成本、能耗、可靠性等提出了伟大的挑战。

此外,超级盘算机可以用来探索和破解一些未解之谜。如:宇宙黑洞和星座发现观察、新元素新物质,探索人类起源,药物对人体和疾病的作用和新药研发,验证和证实100大数学难题等。

4、超级盘算机的焦点手艺是什么?这些焦点手艺我们能否做到自力重生?

超级盘算机是一个庞大巨型系统,它的焦点手艺有许多,包罗硬件和软件两大类。硬件包罗盘算(处置器CPU等)、存储IO、互连等多个部件,软件包罗系统软件、中央件、应用软件等。这内里大部门手艺我们现在可以做到国产替换,然则在效率、性能和能耗等方面另有很大的提升空间。

我们需要重点攻关的焦点手艺包罗:从底层的芯片设计和制造,到中央的操作系统等系统软件的自主研发,大数据、人工智能、区块链等中央件软件框架,大规模科学工程盘算的应用软件等。

超级盘算机是国之重器,也是一个国家焦点生产力和综合国力的体现,由于超级盘算机在国防、经济、社会等领域应用异常广,可以说是无处不在的。

当前国产超级盘算机可以做到焦点部件和软件等大部门可以做到国产化,完天下产化替换也是下一步可以连续研究和生长的。若是没有自力自主的超级盘算机,我们可就只能采购外洋的超级盘算机,对方可以选择卖或者不卖,天价售卖,售卖以后全程羁系监控等。

5、全球最强的超级盘算机有哪些?天河超级盘算机有多强?

2020年11月,第56期全球超级盘算机TOP500榜单中,日本“Fugaku(富岳)”连任冠军,处置器数目到达7630848个,每秒浮点运算次数为442010万亿次。天河一号和天河二号、神威太湖之光,这些让中国人引以为傲的超级盘算机曾先后登上天下超级盘算机冠军的宝座,早已蜚声海内外。

天河一号是中国人第一次问鼎天下第一的超级盘算机,天河二号又缔造了6连冠的天下纪录,现在为止这一天下纪录还在保持。天河二号”超级盘算机系统是国家十二五863设计重大项目的标志性功效,由国防科学手艺大学肩负研制。“天河二号”一期系统峰值盘算速率到达每秒10.07亿亿次、连续盘算速率到达每秒6.14亿亿次、总内存容量约3PB,全局存储总容量约19PB。“天河二号”峰值盘算速率、连续盘算速率以及综合手艺水平处于国际领先职位,是我国超级盘算手艺生长取得的重大希望。

6、美国、日本的超级盘算机有哪些优势?中国的超级盘算机生长势头若何?

超算发生的靠山是用于解决庞大的科学、工程问题,好比流体、生物、质料、化学、分子、天体物理等领域的仿真盘算。随着盘算机盘算性能的不停生长,盘算仿真研究已经成为三大科研方式之一,而且越来越体现其在科研中的怪异优势,从某种水平来说,超算已经是国家实力的某种体现。

2019年6月宣布的“第53届全球超算TOP 500名单”上,美国两台超级盘算机“极点”(Summit)和“山脊”(Sierra)包揽了冠亚军。值得一提的是,2018年的冠亚军也是这“两位兄弟”。同时,冠军Summit在2019年榜单上的性能峰值到达148.6PFlops,创下了新的超算纪录。

2019年8月美国能源部和NASA宣布,美国超级盘算机巨头之一的Cray已经获得一项价值6亿美元的条约,将为国家核平安局制作第一台超大型超级盘算机,用于治理美国的核贮备。新闻续指,这台超级盘算机名为ElCapitan,将是天下上已知速率最快的超级盘算机。据劳伦斯・利弗莫尔国家实验室称,ElCapitan的峰值性能跨越每秒1.5 百亿亿次。根据这个生长趋势,ElCapitan会延续Summit的绚烂也不是没有可能。

日本的Fugaku超级盘算机由日本理研研究所和日本富士通手艺公司制造,Fugaku使用的是日本富士通定制的48核芯片,并包装了158976个。2021年3月9日,日本理化学研究所正式启用了超级盘算机“富岳”(Fugaku,ふがく),其壮大处置能力让人受惊。

2014 年,富士通公司和 RIKEN 最先了 Fugaku 的设计与研制事情,总预算约1300亿日元。设置方面,Fugaku 由约400台盘算机组成,每台重约2吨,高约 2 米、纵深约1.4米、宽约 80 厘米。Fugaku 接纳48核富士通芯片 A64FX,是史上第一台基于 ARM 架构的超算。

1983年12月26日,我国第一台巨型机通过国家手艺判定,并命名为“银河-I”,这意味着我国成为美国、日本之后第三个能自力设计和制作巨型机的国家。

往后,“银河-II”十亿次、“银河-III”百亿次巨型盘算机接连问世,有力推动了相关领域,以及国防事业的生长。

2006年,新一代的“天河一号”最先研发,在这一代超算中,一种新的盘算架构―CPU+GPU的异构融合盘算系统结构--最先酝酿,这是一种全球首创的超算系统结构。在支出无数心血之后,历时4年,每秒运算1206万亿次峰值预算速率的“天河一号”一经问世就夺得了天下第一。

虽然仅仅在天下第一上停留了8个月,排名就下滑到第8名,经由两年的改善,“天河二号”超算就重返天下之巅,并延续6年连任冠军。

同时间,我国超算事业迅速生长,“天河二号”之后,“神威-太湖之光”再次获得了超算天下第一。现在,超算在我国生长迅速,停止2021年,虽然天下第一第二已经被日本、美国获得,然则超算500强榜单中,中国企业和 *** 制造的超级盘算级到达了两百余台,已经跨越美国,位居天下第一。

超算的下一个目的是E级超算,即每秒钟举行百亿亿次运算,随着运算能力的跳跃式生长,对于超算系统的可扩展性、成本、能耗、可靠性、IO性能等提出了伟大的挑战,但同时也可以为人类的科研能力提供更增强有力的支持。

7、为什么没有国家或机构用超级盘算机挖比特币?

超级盘算机和挖掘比特币的矿机运行事情方式完全纷歧样,基本无法举行挖矿事情。他们一个是通用盘算机,一个是专用芯片。或者说用超级盘算机挖币是异常低效的,连基本的电费成本都笼罩不了。

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