中國的超級項目—超級計算機 | |
工程總投資：—大于100億 工程期限：1975年—— 2011年10月27日，我國第一臺完全采用國產CPU處理器的千萬億次超級計算機——神威藍光，在國家超級計算濟南中心投入使用。該機裝有8704片國產“申威1600”16核64位處理器，僅9個機柜便能達到峰值性能1100萬億次每秒。計算能力超過20萬臺普通筆記本電腦。系統綜合水平處于當今世界先進行列。該系統具備擴充至每秒萬萬億次潛力。 1997年5月1日，IBM公司生產的超級計算機“深藍”，因戰勝了國際象棋大師、世界棋王——卡斯帕羅夫而一舉成名。“深藍”就是我們所說的超級計算機，其采用256個內核的RS／6000SP并行處理芯片，及一批科學家、象棋高手為它設計的專用軟件。這是計算機中體型龐大、功能最強、運算速度最快、存儲容量最大和價格最貴的一類計算機，通常用于國家高科技領域，是一個國家技術的象征。計算機廠商們也把超級計算機看作是自己企業絕對實力的象征。 處于信息技術前沿的超級計算機一直是一個國家的重要戰略資源，對國家安全、經濟和社會發展具有舉足輕重的意義。在國防領域可用于模擬核試驗、飛行器設計、監聽對方通訊系統、反導彈武器系統等。沒有強大計算能力的超級計算機，宇宙飛船就不能上天，國家安全就做不到萬無一失，基因研究就無法繼續，復雜的氣象、勘探工作就難以精確。正因為如此，長期以來，把握超級計算機領先技術的西方國家，對包括中國在內的發展中國家實行了嚴格的管制，嚴禁出口相關的高端技術和產品，絕不容忍這些國家的計算能力達到國際水平。如美國政府以國家安全為由，禁止向中國出口每秒1900億次以上的超級計算機系統。 然而，2008年11月17日，TOP500.org組織公布第32次《全球超級計算機五百強》榜單，中國研制的曙光5000A百萬億次超級計算機再次殺入了前十位，前十名中的第1-9名全部來自美國，其中有7臺屬于美國能源部，IBM打造的Roadrunner(走鵑)蟬聯冠軍，聯想集團開發的深騰7000百萬億次超級計算機位居19位，日本則被擠出超級計算機前20名榜單。這是在主要由美國占絕對壟斷的全球超級計算機領域里，中國科學家取得的歷史性突破。 目前,中國已成為繼美國之后第二個可以制造和應用千萬億次超級計算機的國家。在超級計算機領域，美國占絕對領先地位，中國、日本、歐盟、俄羅斯緊隨其后，其他國家居于第三梯隊。全球各國都在大力推進千萬億次計算機計劃.比如美國能源部、DARPA、美國國家科學基金、美國國家安全局、歐盟EU-FP7計劃、日本、法國以及我國的“十一五”計劃，2010年前,曙光將推出千萬億次的曙光6000超級計算機，并大規模采用國產龍芯處理器。
世界第一臺計算機 1946年2月14日，世界上第一臺電腦ENIAC在美國賓夕法尼亞大學誕生。這個龐然大物占地面積達170平方米,重達30噸。在揭幕儀式上,“埃尼阿克”為來賓表演了它的“絕招”———分別在1秒鐘內進行了5000次加法運算和500次乘法運算,這比當時最快的繼電器計算機的運算速度要快1000多倍。 二戰爆發后,美國陸軍軍械部為研制和開發新型大炮,在馬里蘭州的阿伯丁設立了“彈道研究實驗室”。極為繁重的計算任務令那里的研究人員大傷腦筋。盡管實驗室雇用了200多名計算快手,還是捉襟見肘。他們迫切需要一種新的計算機器,以提高工作效率。就在人們一籌莫展之時,賓夕法尼亞大學莫爾電機學院的莫克利博士提出了試制第一臺電子計算機的設想。他的設想吸引了陸軍軍械部,他們立即要求莫爾學院擬定一份研制計劃。 按照科學家們的估計,制造一臺電子計算機所需的經費為15萬美元,這在當時是一筆巨款,因此遭到了軍方內部很多人的堅決反對。眼看研制電子計算機的計劃就要夭折,美國著名數學家維伯倫博士堅定地站到了支持者的行列里,他最終說服了美國軍方。經過兩年多的緊張研制,第一臺電子計算機終于在1946年2月14日問世。而它的開發經費幾經追加,最后達到48萬美元。 這臺名為“埃尼阿克”的電子計算機,如今看來簡直就是一個怪物。其內部有成千上萬個電子管、二極管、電阻器等元件,電路的焊接點多達50萬個;在機器表面,則布滿電表、電線和指示燈。令人哭笑不得的是,它的耗電量超過174千瓦小時,據說在使用時全鎮的電燈都會變暗;而且它的電子管平均每隔15分鐘就要燒壞一只,科學家們不得不滿頭大汗地不停更換。然而,“埃尼阿克”的計算速度卻是手工計算的20萬倍、繼電器計算機的1000倍。美國軍方也從中嘗到了甜頭,因為它計算炮彈彈道只需要3秒鐘,而在此之前,則需要200人手工計算兩個月。除了常規的彈道計算外,它后來還涉及諸多的科研領域,曾在第一顆原子彈的研制過程中發揮了重要作用。1955年10月2日,“埃尼阿克”宣告“退役”后,被陳列在華盛頓的一家博物館里。 西蒙·克雷(Seymor Cray)博士與他研制的“克雷1號”億次超級計算機。Cray 1超級計算機，是1977年前世界上功能最強大的計算機。 超級計算機的前世今生 誰最早提出了超級計算機的概念？至今存在很大的爭議。有人說是最早開發集成電路的肖克利在自己的工作日記中透露了超級計算機的構思，也有人說是當時為軍方服務的LawrenceLivermore國家實驗室的想法。但從真正意義上來說，研發出符合超級計算機定義產品的人應該是西蒙·克雷(Seymor Cray)博士，此人后來被西方稱為“超級計算機之父”。 西蒙·克雷1925年9月出生在美國威斯康星州的一個工程師世家。在參加陸軍做了幾年電工后，克雷到威斯康星大學和明尼蘇達大學繼續深造，獲電氣工程學士和碩士學位。克雷先后在工程研究學會和雷明頓·蘭德公司從事計算機研究。在那里，他設計出他的第一臺計算機ERA1101。 1960年，剛成立三年的控制數據公司(CDC)接受美國原子能委員會的委托，涉足萬難之險的巨型機領域。當時CDC公司的電腦總設計師就是年僅31歲的克雷，曾經是UNIVAC設計小組的成員。他是一位性格內向的“隱士”般人物，念念不忘的是建造心目中的巨型機，甚至想“隱退”回家去獨自研究。CDC慷慨地滿足了克雷的愿望，在距離總部80英里的密林深處為他建立了一個實驗室。
克雷帶領他的研究小組，遠遠避開“人世”。小組僅有34人，包括克雷本人在內，也只有2位博士。1963年8月，克雷終于從“密林”深處復出，把一臺被他親切稱作“簡單的蠢東西” —— CDC6600超級計算機公布于世。CDC6600是真正意義上的超級計算機，共安裝了35萬個晶體管，運算速度為300萬次，是其他電腦的10倍。至1969年，克雷研制的CDC6600以及改進型CDC7600巨型機共售出150余臺。 與比爾·蓋茨這樣精明的計算機商人不同，克雷是一個典型的工程師。曾經整整四個春秋，謝絕一切社交活動，埋頭繪制圖紙、制作零件。連著名的學術團體的頒獎，他也不愿拋頭露面，為此博得了“叢林隱士”的綽號。克雷生平極少發表演說。 盡管克雷在上個世紀60年代成功開發了第一代超級計算機,但是真正將這個產品應用起來的還是前面提到的LawrenceLivermore國家實驗室和另一位超級計算機設計者Frank McMahon，目的是為了克服當時磁芯存儲器存在的延時問題。1971年前后Frank McMahon將這種想法成功地應用于CDCSTAR超級計算機的處理器CDC7600上。 接著，70年代中后期,以向量超級計算為主的超級計算機開始陸續出現，如CDC Cyber205和克雷1號。值得一提的是1975年誕生的“克雷1號”，實現了當時絕無僅有的超高速——可持續保持每秒1億次運算。然而，這臺超級計算機的體積卻并不巨大，就像一套開口的沙發圈椅，靠背處立著12個一人高的“大衣櫥”，占地不到7平方米，重量不超過5噸，共安裝了約35萬塊集成電路。 從技術角度來看，克雷1號更加流行。這種機器具有8MB內存，但這種內存是晶體管存儲器，而不是CDCSTAR-100使用的磁芯存儲器。它還引入了向量寄存器的概念。 在整個70年代和80年代初期，向量計算處理對提高計算機運算速度十分有利，有利于流水線的充分利用，有利于多功能部件的充分利用。但由于時鐘周期已接近物理極限，向量計算機的進一步發展已經不太可能。所以，要繼續提高性能也就意味著必須投入多個CPU來同時為一個程序工作。在這樣的背景下，一個全新的概念被提出來了，那就是大規模并行處理(MPP)，也是從這個時候，英特爾、IBM和SGI開始成為超級計算機領域的新貴。超級計算機也開始走上了真正的商用化道路。 1992年，英特爾推出Paragon超級計算機，它成為歷史上第一臺突破萬億次浮點計算屏障的超級計算機。緊接著,IBM的SP2、日立公司的SR2201和SGI公司的Origin2000超級計算機都先后出現。值得一提的是Origin2000系列后來成為SGI公司制作電影CG的主力，很多大場面的電影都有它的功勞。 1996年12月，SGI公司研制出一臺具有256個處理器的超級計算機安裝在美國國家實驗室。這個系統的處理器還將增加為4096個，運算速度達到了30000億次。 進入2000年之后，超級計算機的競爭日漸激烈，日本和美國彼此成為最大的競爭對手。比如在2003年世界前十名的超級計算機名單中，日本的“地球模擬器”排在榜首，后面全是清一色的美國產超級計算機。而保持運算速度最快記錄的超級計算機則是日本NEC剛剛發布的SX-8,每秒運算速度高達65萬億次。 在廠商之間，IBM、英特爾、DELL、NEC和SGI的競爭一向激烈，近來又冒出了蘋果。這家公司的G5蘋果超級計算機已經后來居上，超過英特爾居于超級計算機排行榜的第三位。在中國，聯想和曙光同樣開發了國產超級計算機，在全球500強超級計算機中能夠看到中國人的身影。
我國計算機研制工作起源于1956年制定的《全國12年科技規劃》。同年9月中科院籌建計算技術研究所。1957年秋季決定以蘇聯M-3型計算機資料為藍本，由中科院計算所與北京有限電廠合作研制計算機。1958年8月完成生產調試，該機由800根電子管、2000個氧化銅元件、10000個阻容元件組成，分裝400個插件，插入3個機柜。由于氧化銅元件性能不穩定，后改用鍺二極管。全機于1959年3月開始試算。不久，計算所三室成功地為該機配置了磁芯存儲器，運算速度從以磁鼓作存儲器時的每秒30次提高到每秒1800次。1959年8月1日投入運行，可執行短程序。738廠共生產了38臺，并改名為103型計算機（即DJS-1型），供各單位使用。 中國超級計算機歷史 世界上第一臺數字電子計算機誕生于1946年，中國電子計算機的科研、生產和應用是從上世紀五十年代中后期開始的。1956年，周總理親自主持制定的《十二年科學技術發展規劃》中，就把計算機列為發展科學技術的重點之一，并籌建了中國第一個計算技術研究所——中國科學院計算技術研究所。1957年,哈爾濱工業大學研制成功中國第一臺模擬式電子計算機。1958年8月1日，我國第一臺數字電子計算機——103機誕生。 以邏輯電路器件作為標志，到目前為止的電子計算機可以分為四代。此外還有“第五代”即人工智能計算機和“第六代”即生物計算機的說法。每一代計算機，都比前一代更小、更快，技術工藝要求更高，價錢也更便宜。中國科學家研制從第一代到第四代計算機的工作，幾乎貫穿于整個毛澤東時代。 第一代計算機采用電子管。美國研制出第一代計算機用了4年（1943-1946，標志：賓夕法尼亞大學莫爾學院的ENIAC），而中國通過學習蘇聯的技術，僅用3年就完成了（1956-1958，中科院計算所的103機），并生產了38臺。 第二代計算機采用晶體管。美國從第一代計算機進入第二代計算機花了9年時間（1946-1954，標志：貝爾實驗室的TRADIC），中國用了7年（1958-1964，標志：哈爾濱軍事工程學院，即國防科技大學前身的441B機），生產了約200臺。 第三代計算機采用中、小規模集成電路。這段發展過程美國用了11年（1954-1964，標志：IBM公司的IBM360），中國用了7年時間（1964-1970，標志：中科院計算所的小規模集成電路通用數字電子計算機“111機”）。 1965年，中國自主研制的第一塊集成電路在上海誕生，僅比美國晚了5年。在此后的歲月里，盡管國外對我國進行技術封鎖，但這一領域的廣大科研工作者和工人階級，發揚自力更生和艱苦奮斗的精神，依靠自己的力量建起了中國早期的半導體工業，掌握了從拉單晶、設備制造，再到集成電路制造全過程，積累了大量的人才和豐富的知識，相繼研制并生產了DTL、TTL、 ECL等各種類型的中小規模雙極型數字邏輯電路，支持了國內計算機行業。當時具備這種能力的國家除中國外，只有美國、日本和蘇聯。 我國的超級計算機研制起步于60年代。到目前為止，大體經歷了三個階段：第一階段，自60年代末到70年代末，主要從事大型機的并行處理技術研究；第二階段，自70年代末至80年代末，主要從事向量機及并行處理系統的研制；第三階段，自80年代末至今，主要從事MPP系統及工作站集群系統的研制。經過幾十年不懈地努力, 我國的高端計算機系統研制已取得了豐碩成果，“銀河”、“曙光”、“神威”、“深騰”等一批國產高端計算機系統的出現，使我國成為繼美國、日本之后，第三個具備研制高端計算機系統能力的國家。 1958年5月我國開始了第一臺大型通用電子計算機-104機研制，以前蘇聯當時正在研制的БЭСМ-II中型計算機為藍本，中科院計算所、四機部（15所）、七機部（706所）和總參56所的科研人員與北京有線電廠（738廠）密切配合，于1959年9月完成研制任務。104電子管計算機有22個機柜，主機、電機組機房各占地200平方米。全機共用4200個電子管，4000個鍺晶體二極管。字長40二進位，內存使用直徑2mm的環形鐵淦氧磁心體，容量為4096字，機器時鐘頻率500KHz，運算速度每秒約一萬次浮點運算，運行功率為100千瓦。1958年10月完成部件生產，1959年4月完成調試。 104機共生產了7臺。為使計算機產業化，保證整機配套，60年代中期，全國建立了11家計算機主機和外部設備廠，職工人數1萬3千人。分布在北京、上海、天津、貴州、黑龍江、山東、江蘇等地。1970年之前，僅738廠就生產了18種類型的174臺晶體管計算機。 我國在研制第一代電子管計算機的同時，已開始研制第二代晶體管計算機。1958年7月，中科院應用物理所王守武與林蘭英等人，研制出我國第一根硅單晶；并開始籌建我國第一個晶體管廠——中科院109廠，從事鍺高頻晶體管的批量生產。該廠為計算所研制109乙型晶體管計算機（浮點32二進制位、每秒6萬次），提供了12個品種、14.5萬多只鍺晶體管。 1964年3月，二機部（主管核工業）提出要在1967年底前，使用約20萬次的大型計算機。3月20日，中科院計算所在109乙型基礎上，開始研制109丙計算機。1967年4月，完成機器調試，開始進行試算，8月進行驗收鑒定。該機所需硅晶體管和鍺晶體管，由109廠和公安部遼河實驗工廠生產。109丙機是六十年代中期我國自行設計的比較成熟的大型計算機，字長48位，平均運算速度每秒11.5萬次。在國內首次采用了自行研制的匯編語言和BCY算法語言，并建立了管理程序。該機共生產兩臺，為用戶運行了15年，有效算題時間10萬小時以上，在我國核武器研制工程中發揮了重要作用，被國防科工委譽為“功勛計算機”。 1983年12月22日，中國第一臺每秒鐘運算一億次以上的“銀河一號”巨型計算機，由國防科技大學計算機研究所在長沙研制成功，使我國成為能研制巨型機的少數幾個國家之一，該成果榮獲特等國防科技成果獎。 "銀河"系列超級計算機 在國防科技大學計算機學院寬敞明亮的機房里，矗立著一個紅黃兩色相間的大機柜。這就是我國自行設計和研制的第一臺每秒運算速度達億次的超級計算機——“銀河—I”。它的誕生，使我國成為繼美國、日本之后第三個能獨立設計和研制超級計算機的國家。 研制“銀河”超級計算機的難度不是一般人能想象的：當時文革剛結束，國家百廢待興，我國氣象部門急需巨型機做中長期天氣預報，航空航天部門急需超級計算機以減少昂貴的風洞實驗經費，石油勘探部門急需超級計算機進行三維地震數據處理。有一個部門租用了外國一臺中型計算機，卻要由外方控制使用，算什么題目都要交給人家，中國人不得進入主控室。為了研制新一代導彈核武器，必須進行大量的數值計算和模擬來計算核武器的殺傷效能等等數據，顯然不能再靠手搖計算機+人海戰那么干了。 1975年10月和1977年秋，時任國防科工委主任的張愛萍上將先后兩次指示國防科技大學計算機研究所對巨型機研制進行調研。在此基礎上，國防科工委于1977年11月14日向黨中央和中央軍委呈交了“關于研制巨型機”的請示報告，黨中央和中央軍委11月26日就批準了國防科工委的報告。1978年3月，中央軍委主席鄧小平同志專門聽取了關于計算機發展情況的匯報，明確由國防科工委系統承擔億次機研制任務，張愛萍將軍為該機命名“銀河”。 國防科大的前身是1953年創建于哈爾濱的中國人民解放軍軍事工程學院，1958年“哈軍工”研制出我國第一臺電子管計算機。由于歷史原因，1966年“哈軍工”退出軍隊序列，1970年學院主體南遷長沙，更名長沙工學院，直至1978年才變更為國防科技大學。面對小平同志的信任與重托，時任國防科大計算機研究所所長的慈云桂教授立下軍令狀。 1983年12月4日，是我國計算機技術發展史上永遠值得紀念的日子。這一天，我國自行研究與設計的第一臺億次巨型計算機提前一年研制成功，通過鑒定；它的誕生標志著我國計算機技術水平踏上了一個新臺階。 1986年年初，國防科技大學計算機系申請研制“銀河Ⅱ”10億次巨型計算機，得到了國務院、中央軍委和當時的國防科工委的批復，1992年11月國防科大成功研制出“銀河Ⅱ”10億次巨型機，實現了從向量巨型機到處理并行巨型機的跨越，成為繼美國、日本之后，第三個實現10億次超級計算機的國家。1994年，銀河Ⅱ超級計算機在國家氣象局投入正式運行，用于天氣中期預報。
1994年3月，在市場激烈的競爭中，“銀河-Ⅲ”正式立項。三年后，1997年6月19日，“銀河-III”百億次巨型計算機系統通過國家技術鑒定，它的研制者還是國防科技大學計算機研究所。從1億次到百億次，從多處理并行巨型機到大規模并行處理巨型機的跨越；標志著我國已經掌握了高性能巨型計算機的研制技術，而擁有這一技術的國家屈指可數。2000年由1024個CPU組成的“銀河-Ⅳ”超級計算機問世，峰值性能達到每秒1.0647萬億次浮點運算，其各項指標均達到當時國際先進水平，它使我國高端計算機系統的研制水平再上一個新臺階。 “銀河”系列超級計算機如今廣泛應用于天氣預報、空氣動力實驗、工程物理、石油勘探、地震數據處理等領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益。國家氣象中心將“銀河”超級計算機用于中期數值天氣預報系統，使我國成為世界上少數幾個能發布５至７天中期數值天氣預報的國家之一。 2006年9月誕生的“神威Ⅰ”的峰值運算速度為每秒3840億浮點結果，在國家氣象局用于氣象數值計算。該機在世界已投入商業運行的前500臺高性能計算機中排名第48位，其主要技術指標和性能達到國際先進水平。 "神威"系列超級計算機 1996年為加強我國高端并行計算機系統的研制，國家并行計算機工程技術中心正式掛牌成立，開始了神威系列大規模并行計算機系統的研制。1999年神威系列機的第一代產品——神威Ⅰ型巨型機落戶北京國家氣象局，系統峰值為3840億次浮點運算，該機在實際應用中取得了很好的效果。于此同時，為順應國際潮流他們還同步開展了神威“新世紀”集群系統的研制。現已成功推出A、P兩個系列的“新世紀”集群系統，其中A系列采用Alpha21264處理器，P系列采用Intel Xeon處理器，兩款的最大規模均可擴至千余節點。目前該系統已廣泛地應用于石油、物探、生物、氣象和材料分析等各個領域。
上世紀80年代末90年代初，世界計算機領域悄悄地孕育著一場革命，傳統的向量機發展受到了限制，大規模并行機悄然問世。金怡濂教授敏銳地洞察到這一新的發展趨勢是實現中國計算機跨越發展的一次重要機遇。與此同時，機遇也落到了他的身上，他擔任了國家重點工程———“神威”巨型計算機系統的總設計師。 金怡濂教授當即提出了一個我國超大規模巨型計算機研制的全新的跨越式的方案。這一方案不僅當時在國內尚無先例，而且把巨型機的峰值運算速度從每秒10億次跨越到每秒3000億次以上，跨越了兩個數量級。在國家并行計算機工程技術研究中心召開的“神威”機研制方案論證會上，許多人對此方案表示驚訝、懷疑，甚至反對，提出繼續搞比較保險的傳統機型。金怡濂力排眾議：“不挑戰就會失去競爭的機會，不突破就沒有中國巨型機的崛起。”經過他的精辟分析，與會專家最終通過了他提出的總體方案。實踐證明，這是一個具有戰略意義的跨越，闖出了一條中國巨型機趕超世界先進水平的發展道路。 氣象預報是超級計算機最重要的應用領域之一。在神威Ⅰ型機上運行的“集合天氣預報系統”采用了32套原始數據，輸入計算機進行運算，然后得出32個結果，再運用氣象學的知識和統計的規律，在這個結果群里，找出可能性最大的未來天氣的情況。以往10天的天氣數值預報，在百億次機上運算大約需要640小時，等預報結果出來時，就已經不是“預報”了。利用“神威”機進行運算，則只需要8小時。 “神威”機的另一項重要的應用就是石油勘探。要開采石油，必須鉆井。打一口井耗資巨大，差不多要幾百萬甚至上千萬，如果選擇的鉆井地點有偏差，那么投入的人力、財力、物力就會全部浪費，損失巨大。因此提前的精確測算格外重要。 在認為可能的地方進行人工爆破，然后搜集爆破后的反應，記錄它的反射弧，把這些數據送到計算機上進行處理，地質專家再根據得出的結論分析石油的分布。應用“神威”機后，可以明顯提高分析面積和準確程度。 “神威”機在石油領域的另一個重要應用是“油藏模擬系統”。類似大慶那樣的老油田，油采出來還要注水平以衡壓力。現在地下還剩下多少油，也是需要大量的計算。用普通的工作站，可能要算一個月才有結果，而為了提高準確度，一套程序要算好幾遍。一次就要一個月，顯然達不到要求。用了神威機之后，由一個月變成了一個星期，現在變成了幾個小時。 "深騰"系列超級計算機 90年代末以生產個人電腦和服務器著稱的聯想集團，也加入了研制高端計算機系統的行列，且一鳴驚人。2002年由該集團研制的運算速度超過每秒萬億次浮點運算的“深騰1800”高端計算機系統在北京中關村誕生。它是我國第一臺由企業研制開發的萬億次級計算機產品，標志著國內大型IT企業開始進入高性能計算領域的研究開發。在當年11月公布的全球高性能計算機TOP500排行榜中，“深騰1800”以每秒1.046萬億次浮點運算的實測性能排在第43位，這也是我國企業生產的高端計算機系統首次入圍TOP500。此外，該集團還于1999年和2000年分別推出NS10000及NS20000高性能服務器集群系統，同期從事高性能集群系統研究的還有清華大學和上海大學等單位。1999年由清華大學研制的“探索108”大型群集計算機系統及高效能網絡并行超級計算機THNPSC-1問世，其最高浮點計算速度達到每秒300億次；2000年由上海大學研制的集群式高性能計算機系統——自強2000-SUHPCS在上海誕生，其峰值速度為每秒3千億次浮點運算。 中國超級計算機譜系表 國防科技大學計算機研究所——“銀河”系列 銀河-Ⅰ 1983年 運算速度每秒 1 億次 銀河-Ⅱ 1994年 運算速度每秒 10 億次 銀河-Ⅲ 1997年 運算速度每秒 130 億次 銀河-Ⅳ 2000年 運算速度每秒 1萬 億次 天河一號 2010年 運算速度每秒 2507萬億次（2010年世界超級計算機排名世界第一） 中科院計算技術研究所——“曙光”系列 曙光一號 1992年 運算速度每秒 6.4 億次 曙光-1000 1995年 運算速度每秒 25 億次 曙光-1000A 1996年 運算速度每秒 40 億次 曙光-2000Ⅰ 1998年 運算速度每秒 200 億次 曙光-2000Ⅱ 1999年 運算速度每秒 1117 億次 曙光-3000 2000年 運算速度每秒 4032 億次 曙光-4000L 2003年 運算速度每秒 4.2 萬億次 曙光-4000A 2004年 運算速度每秒 11 萬億次 曙光-5000A 2008年 運算速度每秒 230 萬億次 曙光-星云 2010年 運算速度每秒 1271 萬億次（世界第三臺達到千萬億次的超級計算機）
國家并行計算機工程技術中心——“神威”系列 神威-Ⅰ 1999年 運算速度每秒 3840 億次 神威3000A 2007年 運算速度每秒 18 萬億次 神威藍光 2010年 運算速度每秒 1100 萬億次 （我國第一臺全部采用國產CPU的超級計算機） 聯想集團——“深騰”系列 深騰1800 2002年 運算速度每秒 1 萬億次 深騰6800 2003年 運算速度每秒 5.3 萬億次 深騰7000 2008年 運算速度每秒 106.5萬億次 深騰X 在研 運算速度每秒 1000 萬億次
曙光5000百萬億次超級計算機，該系統位居最新公布的全球高性能計算機排名（TOP500）第10位。前9名均為美國研制。目前普通家用電腦的運算速度為每秒20億次左右，曙光5000百萬億次超級計算機的運算能力相當于10萬臺個人電腦，共有6000顆CPU與100T海量內存，擁有30720個處理器內核，其理論浮點峰值為每秒260萬億次，采用20GB，延遲小于1.3us的Infiniband高速網絡進行互聯，采用了WCCS + SuSe Linux 雙操作系統。其每天耗電超過1萬度，售價約2億元。
聯想“深騰7000”百萬億次超級計算機，該系統位居最新公布的全球高性能計算機排名（TOP500）第19位，售價超過1億元人民幣。聯想“深騰7000”是世界上規模最大的一個結點無盤啟動的機群系統，成功實現了基于1428個無盤結點的機群系統。同時，它也是世界上第一個實現了對所有硬件部件統一管理和監控功能的機群系統，實現了對機群系統內數千個計算、互連、存儲等硬件部件的統一管理和監控。 1951年的存儲坦克（memory tank），存儲容量20000 bytes。這是史前時代的存儲器，容量相當于20K。在計算機誕生初期并不存在內存條的概念，最早的內存是以磁芯的形式排列在線路上，每個磁芯與晶體管理組成的一個雙穩態電路作為一比特（bit)的存儲器,每一比特都要有玉米粒大小，可以想象,一間的機房只能裝下不超過百k字節左右的容量。后來才出線現了焊接在主板上集成內存芯片，以內存芯片的形式為計算機的運算提供直接支持。現在我們使用的內存條，單根容量都在1G以上，是這個家伙的50000倍。 這是計算機博物館中重達27公斤，只能夠存儲5MB容量的硬盤。而現在我們家用電腦使用的硬盤容量，已經達到了1TG，是它的20萬倍。這種史前時代的老古董，確實很神奇。人類科技就是在這種匪夷所思的變化中不斷前進。 1964年，美國CDC公司推出了業界第一臺真正的超級計算機 CDC 6600。其具備了RISC（精簡指令集）的一些基本特征。它的運算速度，當時可達到每秒300萬次。而現在家用電腦的運算速度，已經超過了每秒50億次。 IBM 1965年推出的System 360大型主機，被美國航天局用于首次載人登月任務。
1978年，美國DEC公司推出第一款32位超級計算機 DEC VAX，有高達1MIPS的運算性能，售價200000美元. 1997年的國際象棋人機大戰，讓戰勝世界棋王卡斯帕羅夫（左）的深藍超級計算機一舉成名。深藍超級計算機的運算能力為每秒2億次，而現在普通家庭電腦的運算能力超過每秒50億次，是其25倍。 1999年，美國克雷(Cray)公司用于天氣分析和仿真的超級電腦 Y-MP，每秒運算達20-40億次. 日本NEC地球模擬器，基于NEC SX架構，640個節點，每個節點有8個矢量處理器(每個處理器的峰值速度為每秒8 Gflop，周期為2ns，16G共享內存，總共5140個處理器，峰值速度為每秒40萬億次，10TB內存，700TB硬盤空間，16PB海量儲存，占地面積=4個網球場，3層樓。曾經是世界最快的超級計算機，現在已經落伍。 世界第九,歐洲最大超級計算機MareNostrum，它位于西班牙加泰羅尼亞市加泰羅尼亞科技大學（UPC）園區，巴塞羅那超級計算中心（BSC）。它擁有10240顆IBM Power PC 970MB處理器，峰值計算速度能夠達到94.21萬億次浮點計算。組成MareNostrum的2560臺JS21刀片式計算結點占據了大約半個籃球場（120平米）的面積，由美國IBM公司負責建造。 美國IBM公司為德國尤里希研究中心(FZJ)打造歐洲首臺千萬億次超級計算機，該系統擁有72個機柜，內置294912顆IBM PowerPC 450 850MHz處理器(四路SMP)、144TB內存和6PB硬盤，網絡延遲160ns，帶寬5.1GB s，總功耗2200KW。
IBM為美國能源部打造的Roadrunner超級計算機，位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯國家實驗室（美國核武器研發機構），主要目的是軍用。此電腦以新墨西哥州州鳥走鵑（學名：Geococcyx californianus）命名，每秒計算能力超過了一千萬億次，達到了1.026PetaFlops，是目前最強的IBM BlueGene/L（藍色基因）的兩倍還多，它一天能處理的數據，相當于全球60億人46年不眠不休地運算才能算得完。Roadrunner一共擁有116640顆計算核心，由三種不同的處理器組成，包括12960顆改進版的IBM Cell，以及7000顆AMD Opteron處理器；Cell處理器是Sony PS3上的主要處理器。操作系統使用Red Hat Enterprise Linux 。Roadrunner超級計算機的布線總長達到了91公里，功率為3.9兆瓦，占地約6000平方英尺，機房有四分之三個足球場那么長，總重超過225噸，造價1.33億美元。
在美國研發核武器的“三巨頭”中，“龍頭老大”——洛斯·阿拉莫斯實驗室成立最早，實力最強，這里曾研制出世界首枚原子彈。美國“核彈之父”奧本海默曾擔任該實驗室主任。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室則是美國第二個專門研發核武器的國家實驗室，主要負責研發核儲存技術，其擁有的大型核材料倉庫是全美7處核材料儲藏地中最重要的一個。此外，該實驗室還有全球聞名的“雷鳴”超級計算機。它的運算能力在全球所有超級計算機中排名第二，能夠進行核爆炸的計算機模擬，美國許多核爆模擬試驗就是在這臺計算機上完成的。桑迪亞國家實驗室主要從事核武器系統中非核部分的研發，新型核武器研制中的強粒子束熱核聚變也由該實驗室負責。 冷戰時期，“三巨頭”下轄10個生產基地和1個核實驗場，先后研發、生產了超過3萬件核武器和與之相匹配的運載與投放系統，這些核武器足以毀滅地球上百次。 在1996年各核大國簽署禁止核武器試驗條約之后，各國逐步轉向用超級計算機和以往的核爆試驗數據來模擬核試驗，用來研制新型的第四代核武器，所以世界上最快的超級計算機多數為軍用，我國也不例外。 在2008年11月評選的超級計算機500強榜單中： 德國最快的超級計算機是美國IBM的“藍色基因”，理論峰值速度223萬億次每秒。用于FZJ研究中心，排名11位。 印度最快的超級計算機是美國惠普的EKA3000BL460C，理論峰值速度172萬億次每秒，用于塔塔公司，排名13位。 法國最快的超級計算機是美國SGI的ALTIX ICE 8200EX,理論峰值速度146萬億次每秒，用于GENCI-CINES,排名14位。 英國最快的超級計算機是美國IBM的POWER 575,理論峰值速度126萬億次每秒，用于ECMWF,排名21位。 日本最快的超級計算機是由美國Cray（日本）公司為日本筑波大學、東京大學和京都大學制造的T2K開放式超級計算機系統，采用的是3808顆美國AMD四核皓龍™處理器，峰值速度113萬億次每秒，排名世界超級計算機500強的27位。日本NEC的地球模擬器已經落到了73位，峰值速度才41萬億次每秒，是聯想深騰7000的四分之一。 俄羅斯最快的超級計算機是美國惠普的MVS-100K,理論峰值速度95萬億次每秒，用于聯合超級計算中心,排名35位。
世界各大國里面只有美國、中國是自己制造的百萬億次超級計算機，由于美國嚴格的高技術禁運政策，如果不是我們自己能研制出來，那么我國現在最快的超級計算機，也就是從IBM買來的25萬億次每秒的淘汰產品。 2009年6月15日，國內首臺百萬億次超級計算機 “魔方”，在上海正式啟用。 2009年10月29日，中國第一臺千萬億次超級計算機——天河一號，在湖南長沙亮相。“天河一號”由140個機柜組成，每個機柜1.45米寬、1.2米深、2米高，排成13排，這個方陣占地約700平方米，總重量約160噸。2010年11月16日，在國際超級計算機TOP500組織正式發布第36屆世界超級計算機500強排行榜上，中國研制的“天河一號”超級計算機，以峰值速度4700萬億次、持續速度2566萬億次每秒浮點運算的優異性能，位居世界第一。比排名第二的美國“美洲虎”超級計算機快了1000萬億次。 天河一號千萬億次超級計算機，運算1小時的工作量，相當于全國13億人同時計算340年；運算1天，相當于1臺雙核的高檔桌面電腦運算620年；總的存儲容量能夠容納1千萬億個漢字，相當于1個存儲10億冊100萬字書籍的巨大圖書館。目前，“天河一號”已在石油勘探、高端裝備研制、生物醫藥、動漫設計工程設計與仿真分析、氣象預報、遙感數據處理等方面獲得成功應用。這臺巨型計算機，每小時耗電4040度，日耗電近10萬度，這在世界超級計算機家族中，已經算是比較節能的“綠色電老虎”了。 天河一號千萬億次超級計算機中，安裝有2048顆國防科技大學研制的飛騰1000（FT-1000）流處理器芯片。飛騰1000（FT-1000）為64位8核處理器，采用GPGPU架構，65納米工藝，3.5億個晶體管，主頻達到1GHz，可實現64線程并行運算。 “星云”千萬億次超級計算機位于深圳國家超級計算機中心，由曙光公司的曙光TC3600刀片系統集群組成，最大浮點性能為1271萬億次每秒，是世界第三臺實現雙精度浮點計算超千萬億次的超級計算機。2010年5月，在德國漢堡舉行的2010年國際超級計算大會上，TOP500.org組織公布了第35屆全球超級計算機五百強排行榜，中國曙光公司研制的“星云”千萬億次超級計算機，排名世界第二。當時世界最快的超級計算機，是位于美國田納西州橡樹嶺國家實驗室的“Cray Jaguar”，主要用于模擬核試驗，去年11月它的峰值速度是每秒1750萬億次。在上榜計算機總數上，中國此次共有24套超級計算機上榜，與德國持平，位列美國(282)、英國(38)、法國(29)之后，另外中國香港也有一套系統入圍，中國臺灣則已從榜上消失。 2007年，聯想集團成為英國AT&T威廉姆斯車隊頂級贊助商，提供聯想深騰1800超級計算機，用于車隊的空氣動力學風洞模擬試驗以及碰撞仿真和CAD/CAM等研究領域。這臺超級計算機采用機群架構，擁有166臺服務器、652個計算核心，以每秒八萬億次的峰值浮點運算能力，將車隊原有計算解決方案的運算能力提高了4倍，使車隊風洞模擬過程的速度提高約75%。 神威藍光千萬億次超級計算機采用的申威1600型16核64位CPU處理器，是由無錫江南計算技術研究所研制的第三代處理器，2010年8月完成，采用Alpha RISC架構，主頻1.1G，功耗35-70瓦，65納米代工工藝，峰值運算速度達每秒1408億次。運算速度高于日本富士通研制的SPARC64 VIIIfx處理器，和美國英特爾酷睿i7 980XE。 | |
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