超级计算机能干什么用

超级计算机运算速度有多快

 

2013年6月17日,在德国莱比锡开幕的2013年国际超级计算机大会上,TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单,中国国防科技大学研制的"天河二号"超级计算机,以每秒33.86千万亿次的浮点运算速度夺得头筹,其峰值计算速度更高达每秒5.49亿亿次,成为全球最快超级计算机。这一速度比位列第二名的美国"泰坦"快近一倍。
  这样的速度是什么概念?
  如果把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度,那么超级计算机就达到了火箭的速度。天河二号运算1小时,相当于13亿人同时用计算器计算1000年。
  又比如,传统手段研发新车一般要经过上百次碰撞实验,历时两年多才能完成,而利用"天河二号"进行模拟只需3到5次实车碰撞、两个月即可实现。

2 发展超级计算机有何意义

从技术竞争角度来说,对各国而言超级计算机都是"计算机领域的珠穆朗玛峰"。从全球看,超级计算机领域的竞争十分激烈,每过几年就有新的巨型机投入使用,排名变化很快,它是各国尤其是大国必争的战略制高点,它的研制水平标志着一个国家的科学技术和工业发展的程度,体现着国家经济发展的实力。一些发达国家正在投入大量资金和人力、物力,研制运算速度达几百亿次的超级大型计算机。
  而从实际应用角度来说,目前超级计算机的应用已与国计民生密不可分,诸多重大国家工程都依赖于这种运算能力超强的机器,比如日本的"京",主要用于地震海啸预测、生命科学、新药研制,而美国的"泰坦"主要用于研究气候变迁、核研究、材料科学等等。可能普通人觉得超级计算机跟我们没有任何关系,但实际上并非如此,因为高端领域取得的进展会影响中低端领域,进而影响到我们的生活。

3 超级计算机能做什么

在现代社会的发展进程中,经济、科技、国防等领域存在一系列复杂、大型的问题需要求解。经过科学家长期的努力,许多这些问题都建立了越来越精细的物理模型,通过相适应的计算方法,可以在计算机上求解。这些计算问题中,最复杂、最大型的一类被称之为"挑战性问题",必须依赖同时代中运算速度最快的大容量大型计算机——"超级计算机",才能在有效的时间内完成问题求解,普通的计算机没有足够的能力求解这些"挑战性问题"。例如:
  1.气候预测:超算在天气中的应用,可以大大提高天气预报的准确率,借助超级计算机预测气候变化,从而减轻气候变化给人类带来的破坏。
  2.交通业:超级计算机可用来认识和改进汽车、飞机或轮船等交通工具的空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性,并帮助提高乘坐者舒适度、减少噪音等,所有这些都具有潜在的经济和安全收益。
  3.生物信息学和计算生物学:从基因学的数据密集型研究到细胞网络模拟和大规模系统建模的计算密集型,生物学已经显示出巨大的计算需求。超级计算机将帮助寻找疾病治疗的革命性方法。
  4.社会健康与安全:使用超级计算机可以对影响社会健康和安全的过程和系统进行模拟,比如,污染、灾难规划以及针对本地和国家基础设施进行的恐怖主义活动等。
  5.地震:对地震的模拟能帮助人类探索地震预测方法,从而减轻与地震相关的风险。
  6.地球物理探测和地球科学:超级计算机在地球物理学中的应用涉及大量数据处理和模拟,如石油的勘测问题,这类问题具有潜在和巨大的经济效益。
  7.天体物理学:超级计算机模拟是天体物理学的基础,它可模拟时间进程并加速这种模拟的进程,从而对天体的演变进行建模和理论试验。
  8.材料科学与计算纳米技术:对物质和能量的模拟是计算密集型的。这样就可以发现具有很高经济效益的物质和反应。
  9.人类/组织系统研究:宏观经济学和社会动力学的研究同样需要超级计算机,比如对大量人口的行为进行模拟。。
  10.模拟核试验:借助于超级计算机的强大而且快速的运算能力,在实验室实施的亚临界核试验,与真正核试爆的效果是相同的。
  此外,还比如在娱乐产业的应用,阿凡达的电影中,超过三分之二的人物与景象都是通过超级计算机计算出来的。

4 资料

数字解读"天河二号"
  1、投入力量
  "天河二号"由280人历时两年多研制完成,耗资约1亿美元。
  2、运算速度
  峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算,天河二号运算1小时,相当于13亿人同时用计算器计算1000年。
  3、存储容量
  存储总容量12400万亿字节,相当于600亿册每册10万字的图书。
  4、总功耗和能效
  "天河二号"整体功耗为17.6兆瓦,每小时耗电17600度,24小时满负荷工作耗电约40万度。
  这个数字看起来很大,但实际上它是一台节能、绿色的超级计算机,对能量的利用率很高。
  5、体积和重量
  "天河二号"由170个机柜组成,占地面积720平方米。站在它面前,会觉得气势宏伟、震撼人心。但实际上,相比世界上已有的千万亿次超级计算机——多数占地近千平方米,天河二号可谓是一个身材苗条的"小个子"。
  全球超级计算机最新排名TOP5:
  根据国际TOP500组织23日公布的最新的全球超级计算机500强排行榜,以下是前五名:
  TOP1:"天河二号",中国国防科学技术大学研制,每秒33.86千万亿次的浮点运算,除了芯片技术外,这一系统大多由中国自主研发,连续第三次获得冠军;
  TOP2:"泰坦",美国能源部下属橡树岭国家实验室,每秒17.59千万亿次浮点运算;
  TOP3:"红杉", 美国劳伦斯-利弗莫尔国家实验室,每秒17.17千万亿次浮点运算;
  TOP4:"京", 日本理化研究所,每秒10.51千万亿次浮点运算;
  TOP5:"米拉", 美国阿尔贡国家实验室,每秒8.58千万亿次浮点运算。
  从整个榜单来看,美国进入前500强的超级计算机从上一期的265个下降至本期的233个,但优势依然明显。第二名中国大陆则从63个增至76个。日本和英国分别以30台并列第三。

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