手持計(jì)算器

根據(jù)之前的規(guī)律，預(yù)計(jì)到2020年，這一數(shù)值將達(dá)到1百億億次，在描述超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能時(shí)，往往會(huì)用到Linkpack浮點(diǎn)計(jì)算能力，然而其他數(shù)據(jù)，卻也能說(shuō)明超算的發(fā)展趨勢(shì)，接下來(lái)就來(lái)從性能、CPU、架構(gòu)、系統(tǒng)等諸多方面，來(lái)看看如今的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

IBM Sequoia

超級(jí)計(jì)算機(jī)浮點(diǎn)計(jì)算

超算榜首變化

提到超級(jí)計(jì)算機(jī)，首先聯(lián)想到的是其無(wú)以倫比的計(jì)算能力，TOP500也是以Linkpack浮點(diǎn)計(jì)算能力來(lái)排位的，經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，如今計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力已經(jīng)到了10PFLOPS的級(jí)別，IBM Sequoia(紅杉)超級(jí)計(jì)算機(jī)以16.32PFLOPS的浮點(diǎn)峰值計(jì)算能力，打破日本K Computer的10.51PFLOPS的前世界第一記錄。

國(guó)外網(wǎng)站做過(guò)一個(gè)統(tǒng)計(jì)，收集了計(jì)算性能提升千倍的時(shí)間及相關(guān)超級(jí)計(jì)算機(jī)的費(fèi)用。

歷來(lái)超級(jí)計(jì)算機(jī)費(fèi)用

從上圖可以看到，超級(jí)計(jì)算機(jī)的峰值浮點(diǎn)計(jì)算能力從百萬(wàn)次開(kāi)始，每提升千倍大概需要11或者12年的時(shí)間。按照這個(gè)速度，超級(jí)計(jì)算機(jī)首次超過(guò)千萬(wàn)億次是在2008年，提升千倍達(dá)到百億億次的時(shí)間很可能是在2020年左右。

也許這個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)于粗糙，下面來(lái)看TOP500官方給的峰值浮點(diǎn)計(jì)算能力發(fā)展趨勢(shì)圖。

計(jì)算能力發(fā)展趨勢(shì)圖

TOP500官方統(tǒng)計(jì)了從1993年第一期TOP500以來(lái)的超級(jí)計(jì)算機(jī)首位和末位的峰值計(jì)算能力，并且給出了500臺(tái)全球最快超級(jí)計(jì)算機(jī)總的計(jì)算能力。

93年初第一期TOP500中，當(dāng)時(shí)最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)是59.7GFLOPS，而0.4GFLOPS則是可以搭上TOP500的末班車(chē)，當(dāng)時(shí)TOP500總的計(jì)算能力也僅是1.17TFLOPS，要是在05年，TOP500中排在最后一位的超級(jí)計(jì)算機(jī)都比這一數(shù)值要高，可見(jiàn)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展有多快。

到了2012年6月份第39期的TOP500中，61TFLOPS是入圍的最低要求。最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)已經(jīng)達(dá)到了16.32PFLOPS，而TOP500總的峰值計(jì)算能力已經(jīng)突破100PFLOPS達(dá)到123PFLOPS。

2012年TOP500前五(點(diǎn)擊放大)

最后來(lái)看峰值計(jì)算能力的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)，從圖上畫(huà)出的預(yù)測(cè)線可以看到，在2015年左右，TOP500總的峰值浮點(diǎn)計(jì)算能力將超過(guò)1EFLOPS(每秒1百億億次)，而最快超級(jí)計(jì)算機(jī)到2019年有望突破1百億億次大關(guān)，這與之前預(yù)測(cè)2020年相差不大。并且，到2020年，如果沒(méi)有10PFLOPS，入圍TOP500都有困難，也就是說(shuō)，現(xiàn)在排名第二的日本K Computer放到2019年，也只是能勉強(qiáng)排在500位。

而現(xiàn)在目前排在前5位的超級(jí)計(jì)算機(jī)，能夠入圍2019年的TOP500也就是前兩位。

超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)

看過(guò)計(jì)算性能，下面就來(lái)看看超級(jí)計(jì)算機(jī)的架構(gòu)。

TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)比例

從上圖的TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)比例分配變化圖，可以看到，目前超級(jí)計(jì)算機(jī)的機(jī)構(gòu)主要有兩種，一個(gè)是CLUSERS(集群架構(gòu))，另外一個(gè)是MPP(大規(guī)模并行處理系統(tǒng)架構(gòu))。在2012年6月份的TOP500中，CLUSERS架構(gòu)的超級(jí)計(jì)算機(jī)占了407臺(tái)，而剩下的93臺(tái)都屬于MPP架構(gòu)。

從性能上看，CLUSERS架構(gòu)與MPP架構(gòu)沒(méi)有什么巨大差別，在第39期TOP500前十中，CLUSERS架構(gòu)占據(jù)了2、4、6、9、10的位置，而MPP架構(gòu)則是占據(jù)了1、3、5、7、8的位置。

MPP架構(gòu)系統(tǒng)是由許多松耦合處理單元組成，每個(gè)處理單元內(nèi)的CPU都有自己獨(dú)立的內(nèi)存總線、內(nèi)存、硬盤(pán)等。CLUSERS集群簡(jiǎn)單的說(shuō)就是通過(guò)局域網(wǎng)將電腦連接在一起協(xié)同工作。

超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，在20世紀(jì)末期，集群的超級(jí)計(jì)算機(jī)基本沒(méi)有，或者說(shuō)未能入圍TOP500，那時(shí)候最多的是SMP(對(duì)稱(chēng)多處理機(jī)架構(gòu))和MPP。不多步入21世紀(jì)，集群架構(gòu)迅猛發(fā)展越來(lái)越受歡迎，03年下半年，集群架構(gòu)的超級(jí)計(jì)算機(jī)就已經(jīng)占據(jù)超過(guò)TOP500一半的份額。直到2010年，集群超級(jí)計(jì)算機(jī)在TOP500中的擴(kuò)張才有所減緩。

目前排位第一的IBM Sequoia以及排位第三的IBM Mira等屬于IBM藍(lán)色基因超級(jí)計(jì)算機(jī)系列都屬于MPP架構(gòu)，我國(guó)目前的天河也是屬于MPP架構(gòu)。集群架構(gòu)超級(jí)計(jì)算機(jī)的代表則是日本K Computer、IBM SuperMUC、Jaguar(美洲豹)等，我國(guó)的集群超級(jí)計(jì)算機(jī)的代表則是位于深圳超算中心的曙光星云。>>

超級(jí)計(jì)算機(jī)處理器

說(shuō)完了計(jì)算性能和系統(tǒng)架構(gòu)，最后來(lái)看看被稱(chēng)為計(jì)算機(jī)大腦的CPU?，F(xiàn)在的超級(jí)計(jì)算機(jī)CPU主要是Intel、AMD以及IBM三分天下。

超級(jí)計(jì)算機(jī)CPU

目前Intel處理器占據(jù)著超級(jí)計(jì)算機(jī)CPU市場(chǎng)75%左右的份額，AMD占據(jù)約15%，剩下的10%則是IBM。這也反應(yīng)了在整個(gè)CPU的市場(chǎng)英特爾一家獨(dú)大的市場(chǎng)格局。

TOP500前十

不過(guò)在TOP500前十中，則是IBM與英特爾兩強(qiáng)爭(zhēng)霸的局面。IBM和英特爾各占4席，剩下的是AMD以及并不多見(jiàn)大的甲骨文的Sparc處理器。

我國(guó)在超級(jí)計(jì)算機(jī)上，也有著自主CPU，先排名第五的天河一號(hào)A，雖然整體上采用的英特爾CPU，但是還采用了國(guó)防科大研制的飛騰-1000處理器。

而在去年的神威藍(lán)光則是首臺(tái)全部采用中國(guó)國(guó)產(chǎn)CPU構(gòu)建的千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，神威藍(lán)光高效能計(jì)算機(jī)，由國(guó)家并行計(jì)算中心研制，按照MPP萬(wàn)萬(wàn)億次架構(gòu)設(shè)計(jì)，處理器采用的8704片16核的申威1600，峰值計(jì)算速度達(dá)到每秒1100萬(wàn)億次浮點(diǎn)計(jì)算，持續(xù)計(jì)算能力為738萬(wàn)億次。其最大特點(diǎn)是核芯處理器全部采用國(guó)產(chǎn)CPU申威1600處理器。

全文總結(jié)

超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，代表著一個(gè)國(guó)家計(jì)算機(jī)研究的最高水平，從多方面的預(yù)測(cè)可以看出，2015年，超級(jí)計(jì)算機(jī)將突破20PFLOPS的大關(guān)，而到2020年左右，最快超級(jí)計(jì)算機(jī)將進(jìn)入百億億次的水平。而從架構(gòu)上來(lái)說(shuō)，CLUSTERS和MPP將繼續(xù)唱主角，最后在超級(jí)計(jì)算機(jī)CPU上，短期內(nèi)英特將繼續(xù)強(qiáng)勢(shì)，不過(guò)IBM以及AMD會(huì)繼續(xù)侵蝕英特爾的優(yōu)勢(shì)。

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