第六课 超级计算机——“天河”一号
第六课 超级计算机——“天河”一号
世界最快的超级计算机
2010年11月16日发布的超级计算机榜单上，我国的“天河”一号A获取了榜首的位置。这是一台运算速度可达每秒钟2570万亿次的计算大王，它相当于17万台笔记本的运算速度，只要工作1小时，就相当于全世界65亿人昼夜不停地计算45年。
这么神奇的计算机，采用的硬件却十分普通。“天河”一号A所采用的CPU是英特尔至强六核心处理器，GPU则是NVIDIA的高性能计算卡（相当于显卡），这两款产品在市面上都可以轻易买到。除此之外，还采用了我国自主研发的“飞腾FT-1000八核心处理器等。
既然“天河”一号A所采用的硬件如此普通，那么是怎样做到高性能计算的呢？正如现在个人电脑都在采用双核、四核概念一样，将计算任务分配给更多的处理器，就可以获取更好的性能。“天河”一号A采用的处理核心多达20多万个，单单它的占地面积就达700平方米相当于1.6个标准篮球场；其重量达到160吨，这个惊人的重量相当于20个成年非洲大象的体重。
“天河”一号是怎么运行的？
“人多力量大”虽然很好理解，但这并不是说我们买一卡车CPU和GPU就可以坐在家里自己攒一台超级计算机。打个比方，尽管如今市面上的钢材、水泥又多又便宜，却并不意味着随便一个人都能盖起北京奥运会体育场“鸟巢”来。由钢铁、水泥到“鸟巢”，还要涉及建筑学、美学等一系列高深的知识。
像“天河”一号A这样拥有20多万个处理核心的超级电脑，让运算任务合理地分配才是难度最大、最核心的技术。想象一下你训练家里的宠物狗时的情况。当你只有一只狗狗的时候，你可能很容易训练它站立、作揖或其他什么高难度技巧。但如果给你20万只小狗让你管理，让它们整齐划一地行动起来，即使如“齐步走”“向后转”这样简单的动作，恐怕也会让你产生抓狂的感觉。能够让20多万个处理器协调运行，正是“天河”一号A成功的法宝。
同时，“天河”一号A的另一个独门秘籍，是它所采用的自主知识产权的160GB带宽互联芯片。这让处理器之间仿佛连上了极为宽阔的高速公路，信息交流快速而顺畅，自然就使20多万个处理器的工作更为协调，发挥出更大的性能。
超级计算机能做什么？
超级计算机究竟可以做什么呢？
相信超级计算机能否用来玩“魔兽游戏”的想法曾浮现在不少男生的脑海里答案是，当然可以，但非常不划算。首先，“天河”一号A运行1小时的耗电量有4000度，也就是得掏2000元左右的电费，这是非常不划算的。更重要的是，如果想用“天河”一号A来玩游戏，必须在上面接一些终端。而这每一个终端都可以用来玩“魔兽游戏”了。又何必动用“天河”一号A呢？实在太不划算了。
超级计算机当然不会用于家庭娱乐，它们高超的计算能力在国防、能源、金融和科技等领域大显身手，具有解决对国家利益至关重要问题的能力。
其中，跟我们日常生活直接相关联的一项工作是天气预报。
天气预报是怎样进行的？首先，遍布各地的地面气象站和天上的气象卫星无时无刻不在收集着地球上气压、气温等气象数据，这些数据被送到气象中心，在计算机中建立一个“模拟地球”，将每一朵云彩、每一阵风都模拟出来，然后采用快速计算的方式，让这个“模拟地球”的时间快速流逝，如此就能够观察到未来将发生什么。
这种情况下，采集的数据越多，所建立的模型就越精确，所考虑的偶然因素也就越充分，才能更详细地预测出未来某一时期何地会刮风、何地会下雨。
但是，只有更高性能的计算机才能处理海量的数据。如果没法让“模拟地球”的时间超速运转，比如花48个小时才能计算出24小时后的天气，这就不是“天气预报”，而是“天气历史”了。所以，更快的运算速度意味着更精准、更迅速的预测。
不知道大家有没有发现，现在的天气预报越来越准确了，据中国气象局局长所述，我国24小时晴雨表预报准确率已达81.3%。这正是因为技术进步的缘故。
另外，在例如建造军舰、飞机，以及模拟作战等需要建立模型模拟实际情况的场合，超级计算机一样大有用武之地。
计算机还有一个老本行是密码破解。早在二战时期，战争双方就将当时极为先进的计算机投入到密码破译工作中。尽管现在的加密方式越来越先进，但拥有更快速的超级计算机，对敌人仍然是一种威慑。
“天河”一号A只是暂时拿到了全球超级计算机的第一，其他国家正在进行更为先进的超级计算机的研制。在2011年6月发布的榜单中，日本研制的超级计算机“京”以每秒8162万亿次的速度短暂地成为新一届超级计算机霸主，而在2012年6月的榜单上，IBM公司的超级计算机“红杉”又刷新了记录，以每秒16324万亿次的速度夺得最新一届冠军。这一切意味着这一领域的竞争日趋激烈。相信随着人类科技的进步，会有越来越先进的计算机出现在我们的面前，让我们的生活更加便利；相信有志青年会成为中国超级计算机——“天河”n号的自主研发人。
（执笔 安守军）
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