手持計算器

根據(jù)之前的規(guī)律，預(yù)計到2020年，這一數(shù)值將達到1百億億次，在描述超級計算機系統(tǒng)的性能時，往往會用到Linkpack浮點計算能力，然而其他數(shù)據(jù)，卻也能說明超算的發(fā)展趨勢，接下來就來從性能、CPU、架構(gòu)、系統(tǒng)等諸多方面，來看看如今的超級計算機。

IBM Sequoia

超級計算機浮點計算

超算榜首變化

提到超級計算機，首先聯(lián)想到的是其無以倫比的計算能力，TOP500也是以Linkpack浮點計算能力來排位的，經(jīng)歷了半個多世紀的發(fā)展，如今計算機的計算能力已經(jīng)到了10PFLOPS的級別，IBM Sequoia(紅杉)超級計算機以16.32PFLOPS的浮點峰值計算能力，打破日本K Computer的10.51PFLOPS的前世界第一記錄。

國外網(wǎng)站做過一個統(tǒng)計，收集了計算性能提升千倍的時間及相關(guān)超級計算機的費用。

歷來超級計算機費用

從上圖可以看到，超級計算機的峰值浮點計算能力從百萬次開始，每提升千倍大概需要11或者12年的時間。按照這個速度，超級計算機首次超過千萬億次是在2008年，提升千倍達到百億億次的時間很可能是在2020年左右。

也許這個統(tǒng)計過于粗糙，下面來看TOP500官方給的峰值浮點計算能力發(fā)展趨勢圖。

計算能力發(fā)展趨勢圖

TOP500官方統(tǒng)計了從1993年第一期TOP500以來的超級計算機首位和末位的峰值計算能力，并且給出了500臺全球最快超級計算機總的計算能力。

93年初第一期TOP500中，當時最快的超級計算機是59.7GFLOPS，而0.4GFLOPS則是可以搭上TOP500的末班車，當時TOP500總的計算能力也僅是1.17TFLOPS，要是在05年，TOP500中排在最后一位的超級計算機都比這一數(shù)值要高，可見超級計算機的發(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。最快的超級計算機已經(jīng)達到了16.32PFLOPS，而TOP500總的峰值計算能力已經(jīng)突破100PFLOPS達到123PFLOPS。

2012年TOP500前五(點擊放大)

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

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

超級計算機架構(gòu)

看過計算性能，下面就來看看超級計算機的架構(gòu)。

TOP500超級計算機架構(gòu)比例

從上圖的TOP500超級計算機架構(gòu)比例分配變化圖，可以看到，目前超級計算機的機構(gòu)主要有兩種，一個是CLUSERS(集群架構(gòu))，另外一個是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)的超級計算機占了407臺，而剩下的93臺都屬于MPP架構(gòu)。

從性能上看，CLUSERS架構(gòu)與MPP架構(gòu)沒有什么巨大差別，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，每個處理單元內(nèi)的CPU都有自己獨立的內(nèi)存總線、內(nèi)存、硬盤等。CLUSERS集群簡單的說就是通過局域網(wǎng)將電腦連接在一起協(xié)同工作。

超級計算機架構(gòu)的發(fā)展趨勢，在20世紀末期，集群的超級計算機基本沒有，或者說未能入圍TOP500，那時候最多的是SMP(對稱多處理機架構(gòu))和MPP。不多步入21世紀，集群架構(gòu)迅猛發(fā)展越來越受歡迎，03年下半年，集群架構(gòu)的超級計算機就已經(jīng)占據(jù)超過TOP500一半的份額。直到2010年，集群超級計算機在TOP500中的擴張才有所減緩。

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

超級計算機處理器

說完了計算性能和系統(tǒng)架構(gòu)，最后來看看被稱為計算機大腦的CPU?，F(xiàn)在的超級計算機CPU主要是Intel、AMD以及IBM三分天下。

超級計算機CPU

目前Intel處理器占據(jù)著超級計算機CPU市場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CPU的市場英特爾一家獨大的市場格局。

TOP500前十

不過在TOP500前十中，則是IBM與英特爾兩強爭霸的局面。IBM和英特爾各占4席，剩下的是AMD以及并不多見大的甲骨文的Sparc處理器。

我國在超級計算機上，也有著自主CPU，先排名第五的天河一號A，雖然整體上采用的英特爾CPU，但是還采用了國防科大研制的飛騰-1000處理器。

而在去年的神威藍光則是首臺全部采用中國國產(chǎn)CPU構(gòu)建的千萬億次超級計算機系統(tǒng)，神威藍光高效能計算機，由國家并行計算中心研制，按照MPP萬萬億次架構(gòu)設(shè)計，處理器采用的8704片16核的申威1600，峰值計算速度達到每秒1100萬億次浮點計算，持續(xù)計算能力為738萬億次。其最大特點是核芯處理器全部采用國產(chǎn)CPU申威1600處理器。

全文總結(jié)

超級計算機的發(fā)展，代表著一個國家計算機研究的最高水平，從多方面的預(yù)測可以看出，2015年，超級計算機將突破20PFLOPS的大關(guān)，而到2020年左右，最快超級計算機將進入百億億次的水平。而從架構(gòu)上來說，CLUSTERS和MPP將繼續(xù)唱主角，最后在超級計算機CPU上，短期內(nèi)英特將繼續(xù)強勢，不過IBM以及AMD會繼續(xù)侵蝕英特爾的優(yōu)勢。

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