一篇了解超级计算机的文章让您上当: 真的不只是堆CPU

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6月18日，最新版本的超级计算机500强名单在德国法兰克福的国际超级计算会议（ISC）上宣布.

超级计算机入门的门槛很高. 它们都首次超过了1PFlops（每秒1万亿个浮点运算）. 这是自世界500强超级计算机问世以来的26年中的历史性突破.

在前500名中，中国拥有219台超级计算机，位居世界第一，联想173台，浪潮71台，曙光63台.

对于普通人来说，与超级计算机取得联系的机会通常很少，因此对超级计算机的理解处于一种不完全理解的状态. 为此，腾讯技术提取了很多有关答案的内容，并进行了一些整理，使您可以通过文章全面了解超级计算机.

超级计算机的核心技术是什么？ -知道答案并倡导竞争

CPU是超级计算机的重要组成部分，但不是全部超级计算机技术. 互联网上有些人将CPU技术与超级计算机技术等同起来，认为没有自主CPU，您将不会掌握核心技术.

此说法不正确. 实际上，与享有盛誉的CPU相比，晦涩的架构设计是被公众和媒体所忽略的关键技术. 例如，苏贡星云采用自行开发的超级并行处理体系结构，神威蓝光超级计算机采用并行处理体系结构，天河1采用多阵列可配置协作并行体系结构神威蓝光超级计算机，天河2采用自主式新型异构多态架构.

建筑设计能力有多重要？例如，如果超级计算机是军队，那么建筑设计就是军队的历史遗产，光荣的传统，组织和管理水平，军事训练水平，武器装备，后勤能力，高级将军和中级人员的战略指挥水平和低级军官的战术指挥能力，而CPU是陆军士兵.

此外，超级计算机不是简单的CPU堆栈. 由于堆CPU也是一项技术任务，因此架构设计不佳，高速Internet网络无法做到，系统软件不能很好地完成，存储阵列也不能很好地完成. 即使有更多的CPU，超级计算机的性能也不会提高. 用简单而粗糙的CPU构建超级计算机根本是不可能的，更不用说可以匹配天河2的超级计算机了.

此外，即使您掌握了正确的堆叠CPU方法，也无法仅依靠堆叠CPU的数量就无法获得与天河2号匹配的超级计算机. 是什么原因？因为超级计算机的构建不仅仅是简单的积木式堆叠CPU，即使堆叠大量计算卡，它也受制于其他方面，例如高速Internet的技术水平，这是无法达到的. 理论计算性能.

具体地说，高速互联网的困难在于超级计算机的计算节点之间传输的数据量巨大，并且延迟是严格的. 当Internet的效率不足时，将导致数据拥塞并大大降低超级计算机系统的效率. 超级计算机的计算节点越多，对Internet的要求就越高. 因此，即使您想通过堆叠CPU来提高计算能力，也将受到Internet性能的限制. 这种实践没有限制诸如互联网和其他方面的瓶颈就不会提高超级计算机的性能. 机器的效率降低了，因此由于积累了更多的CPU而没有提高实际性能.

此外，过度堆叠的CPU还具有功耗过大和机箱尺寸过大等问题，这对于将来的操作，维护和使用非常不利，并且在超级计算机市场上基本上没有市场竞争力.

就软件系统而言，对少量计算节点的控制和对大量计算节点的控制对软件系统的要求几乎不同. 软件系统必须确保最大化每个超级计算机计算节点的性能，以充分挖掘硬件的潜力. 否则，会影响到超级计算机的整体效率.

因此，如果没有良好的体系结构，将无法充分利用CPU的性能，并且堆叠CPU的数量越多，整个系统就越复杂. 对于高速互连网络，存储阵列，监视系统，冷却系统和软件要求越高，则提高整体效率就越难. 当架构设计能力水平不够高时，仅堆叠CPU数量会降低整个机器的效率，而无法提高整个机器的性能.

超级计算机和普通计算机有什么区别？ -知道小侯妃氘的答案

超级计算机并不是那么神秘，它们是计算工具. 输入计算条件，并向您输出计算结果. 除了规模不同外，它与用于杂货店购物的计算器相同.

家用计算机通常只有一个CPU（GPU相同），每个CPU通常只有2〜8个物理内核. 普通的超级计算机具有数万个CPU，每个CPU通常具有数十个物理核心.

当然，这么多的CPU不是用于加热，而是通过并行计算来完成繁重的计算任务. 例如，在飞机制造领域，经常需要计算飞机附近的气流和飞机本身的力. 最常用的计算方法是将空气和身体分成小块，计算每个小块的运动和力，然后将它们积分以获得总体运动和力.

通常来说，分段越精细，每个小块越小，并且计算越准确. 但是鱼爪和熊掌不能兼得. 除法越精细，计算量就越大.

如果要将1个多维数据集划分为1个小多维数据集，则需要计算10亿个小多维数据集. 如果使用单个CPU内核，则需要连续执行10亿次操作，整个过程可能需要一天的时间. 如果有10个CPU内核，则可以将这10亿个块划分为10个部分. 每个CPU内核仅需要计算1亿个块，然后对获得的结果进行积分. 这样最多可以快10倍，并且可以在两个小时内完成.

在科学研究和工程领域，有许多这样的计算任务，例如原子基本性质的量子力学计算，药物反应过程的分子动力学模拟，黑洞碰撞的相对论模拟，大气运动的预测和天气变化，桥梁设计中的力计算...如果使用单个CPU内核进行计算，这些复杂的问题可能要花费数月甚至数年才能得出结果. 这么长的计算时间是不可接受的，因此我们需要使用多个CPU内核来执行并行计算以提高效率，然后自然而然地形成了将大量CPU集成到一个超级计算机中的超级计算机.

超级计算机有什么作用？ -知道主要历史的答案

举几个例子:

1. “核仿真”需要高性能的计算

核反应是链反应. 原子裂变后，它将影响周围的原子，周围的原子也会影响周围的原子. 关系.

这需要功能非常强大的超级计算机进行模拟. 此外，应该知道，此模拟的计算能力要求没有上限. 计算能力越强，仿真就越精确，因此可以发现更深的模式.

气候预测也是高性能计算的重要应用方向.

2. 气候预测还需要高性能的计算

广义上讲，气候预测是对全球气流，洋流等的预测，而极限是天气预报. 天气预报的基本原理是通过气象卫星捕获地图上每个点的云和气流轨迹，然后通过大量计算得出其未来趋势.

请注意神威蓝光超级计算机，即使在今天，天气预报的准确性也很难达到80％以上. 但是，您绝对可以感觉到，当前的天气预报比小时候更准确. 这是因为我们当前的高性能计算功能已得到极大改善.

例如，以前的气象计算的粒度为1个经度和纬度，大约为111公里，现在我们的气象计算精度已经提高到3公里，气象学家已经将精度提高到1公里. 这种准确性的提高需要指数计算能力.

3. 视频渲染还是高性能计算的“大用户”.

您还记得“头像”吗？在2009年发行的这部电影中，特殊效果场景的比例达到了70％. 自《阿凡达》以来，特效已成为电影的标准，甚至两个演员也可以在绿布前完成一部高质量的太空科幻电影. 支持这些特殊效果无疑是巨大的高性能计算能力.

4. 此外，高性能计算还可以执行天体物理学计算，地震预测，材料科学计算，基因组测序，交通分析，人体组织系统研究等.

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