超级计算机是什么(超级计算机是什么意思)

非常计算机（Supercomputer）指可以实行一般个人电脑没法解决的高速运算的计算机，规格与性能比个人计算机强劲很多。目前的超级计算机运算速度大都可以达到每秒一兆（万亿，非百万）次左右。“超级计算”（supercomputing）这名词第一次出现，要在 1929 年《纽约世界报》有关 IBM 为哥伦比亚大学修建大型制表机（tabulator）的报道。

1960 时代，非常计算机由西摩·克雷在控制数据公司里设计出来并领先市场直至 1970 时代克雷创立自己的公司──克雷研究。凭借他的新设计，他控制了整个非常计算机市场，并占有颠峰位置将近五年（1985 年－1990 年）。到了 1980 时代，恰逢小型计算机市场萌芽阶段，大量小型对手添加竞争。在 1990 年代中期，许多对手受不了市场的冲击而消声匿迹。今日，非常计算机成了一种由像 IBM 及惠普等大型计算机公司所特意定制的计算机。虽然这些企业通过不断并购其他企业而提升了自己的经验，克雷研究依旧是非常计算机领域的巨头之一。

历史

“非常计算机”一词并无明确定义，其含义随计算机业界的发展而发生变化。早期的控制数据企业设备可达十倍速于竞争者，但依然是比较原始的标量处理器。到了 1970 时代，大部分非常计算机就已经是向量处理器了，很多是新入者自行开发的廉价处理器来占领市场。1980 年代初期，业内开始转为规模性并行计算系统，这时的超级计算机由许许多多的一般处理器所组成。1980 时代中期，将适量的向量处理器（一般由 8 个到 16 个不等）联合起来开展并行计算变成通用方式。1990 时代之后到 21 世纪初，非常计算机则关键互联基于精简指令集的张量处理器（例如 PowerPC、PA-RISC 或 DEC Alpha）去进行并行计算。

用途

非常计算机常用于需要很多运算工作，例如数值天气预报、运算化学、分子模型、天体物理模拟、汽车设计模拟、密码分析等。

设计

非常计算机的创意设计在于把繁杂的工作划分为能同时处理工作并分配于不同的处理器。他们在开展特定运算层面表现突出，但在解决一般工作时却不那么优秀。他们的算法设计是经过精心策划来保证数据及命令及时送到——传送速度细微差别可以导致运算能力的巨大区别。其输入／导出系统也有独特设计来提供高带宽，但是这里的信息传输延迟却并不重要——非常计算机并非数据交换机。

依据阿姆达尔定律，非常计算机设计都集中在降低软件上的实例化、用硬件在瓶颈上加快。

技术挑战以及解决方法

非常计算机一般产生大量的高烧，制冷非常计算机是一个很大的难题。

由于材料传输速度不能比光快，几米的距离造成了几十纳秒的延迟，而克雷有名的环型设计保持着最短距离。

非常计算机在短期内耗费及生产大量的数据，需要花费许多资源保证资讯妥当传输及浏览。

因非常计算机而研发的技术：

矢量处理器和张量处理器水冷技术非匀称访存模型

处理器技术

矢量解决因非常计算机而建立并用以高性能运算。矢量处理技术之后被用来一般计算机里的信号分析架构及单指令流多数据流，比如：电视游乐器及通用图型处理器等。

操作系统

一般的超级计算机都采用 Unix 或类 Unix 操作系统，但在注重肯定高性能的操作环境时，非常计算机开发者会使用特别的轻量关键（Light Weight Kernel－LWK），降低中断请求、进程间通信等花销以提高性能。

轻量关键包含 Cray XT3 的 Catamount，Cray XT4 的 CNL (Compute Node Linux)， 及其 IBM 蓝色基因的 CNK（Compute Node Kernel）。

编程环境

信息传递接口及较老旧并行虚拟机（PVM）常见于非共享内存系统（Distributed Memory System），而 OpenMP 常用于共享内存并发系统。

传统上 Fortran 的编译器可以产生比 C 或 C 更高性能目标代码，因此 Fortran 依然被使用作科学编程。

提升编译器

非常计算机必须编译器开发技术以产生优佳的目标代码，现今的提升编译器都对向量化（Vectorization）、程序循环、存储器结构分析及数据局部性进行优化。

此外，提升编译器都以高端的中间表示（Intermediate Representation）提升程序 － 包含 Open64 编译器的 WHIRL、IBM XL 编译器的 Wcode。

数学函数库

非常计算机关键实行科学运算等拥有大量向量及矩阵浮点计算的程序，因此提升常见的数学函数会提高运算特性。BLAS 函数库使向量及矩阵浮点测算特性大大提高，而优佳化数学函数库则提升三角函数及平方根等数学运算。

平行文件系统

平行文件系统属于分布式文件系统的一类，支持多客户端节点、多文件系统服务器，及其支持平行 I/O（如 MPI-IO、HDF5）；现今流行的平行文件系统包含 Lustre 和 PVFS。

网络技术

非常计算机节点之间的通讯一般都需要应用高性能的网线端口，现今大多 TOP500 的超级计算机应用以太网（44.8%）及 InfiniBand（41.8%）。

传统上 InfiniBand 比以太网有更高的带宽，同时因操作系统启用省去（Operating System Bypass）而提供较低的延迟时间（latency）；然而 2011 年思科系统开发 VFIO 技术于非常计算机和集群运用，使一般的以太网接口也能提供低延迟时间，进而提升以太网在非常计算机的应用方面。

通用非常计算机的种类

大概上能够分为三种：

矢量解决设备能为大量数据同步进行相同的运算。丛集式处理器特别建立连接处理器及记忆体的通信网络，非匀称访存模型就是最常见的。最快的超级计算机就是使用这个科技。产品计算机丛集应用高带宽低耽误的网络来连接大量普通产品计算机，建设成一个计算机集群。

依据摩尔定律及经济规模，一个现代的桌面计算机比 15 年前非常计算机有更高性能，皆因一些非常计算机设计早已放在桌面计算机内。其次，简易芯片的开发及产品成本比特意设计给非常计算机的更便宜。

非常计算机所处理难题都适合并行化，之中降低控制部件之间的材料传输量。因此，传统的超级计算机能够被计算机丛集所代替。

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