概述

当谈到超级计算机时，我们指的是性能超高、处理能力强大的计算机系统。

它们通常由数以千计的处理器核心组成，并具备大规模的内存和高速的存储系统。

超级计算机被设计用于处理极其复杂和计算密集的任务，这些任务在传统计算机上可能需要花费数天或数周的时间来完成。

超级计算机的运算速度发展趋势

主要特点

处理能力

超级计算机拥有极高的处理能力，通常以浮点运算速度来衡量。

其性能通常以每秒浮点运算次数（FLOPS）来衡量，可以达到百万亿级（petaflops）或者更高。

现代的超级计算机甚至可以达到百万亿亿级（exaflops）的性能。

常见单位如下：

• MFlops — 百万($10^6$)次浮点运算每秒 M级别
• GFlops — ⼗亿($10^9$)次浮点运算每秒 G级别
• TFlops — 万亿($10^{12}$)次浮点运算每秒 T级别
• PFlops — 千万亿($10^{15}$)次浮点运算每秒 P级别
• EFlops — 百万万亿($10^{18}$)次浮点运算每秒 E级别 ⭐️⭐️ 目前人类所处位置

2023年的Top500，美国🇺🇸的超级计算机Frontier的浮点运算速度已经达到了$1.194EFlops$

并行处理

超级计算机通过将任务划分为多个并行的子任务，并同时在多个处理器核心上执行这些子任务，从而实现高效的并行处理。

这种并行处理方式使得超级计算机能够处理复杂的问题，如气候模拟、天体物理学、基因组学、核物理学等领域。

大规模存储

超级计算机通常配备大规模的存储系统，用于存储海量的数据和计算结果。

这些存储系统可以包括高速磁盘阵列、固态存储器等技术，以确保计算过程中的数据读取和写入能够高效进行。

应用领域

超级计算机在科学研究、工程模拟和其他领域中发挥着至关重要的作用。

它们被用于模拟天气和气候变化、研究宇宙起源和演化、开发新药物、优化交通运输、设计更高效的能源系统等。

能耗

由于超级计算机的巨大处理能力和复杂性，其能耗也非常高。

因此，研究人员和工程师在设计超级计算机时也会关注能效问题，力求在性能和能耗之间取得平衡。

云超算

近年来，超级计算机也逐渐向云计算领域发展。

云超算提供了超级计算机的性能和资源作为云服务，使更多的用户可以灵活地使用超级计算机的计算能力，而无需购买和维护实际的物理设备。

中国超算

Rank	System	Cores	Rmax (PFlop/s)	Rpeak (PFlop/s)	Power (kW)
1	Frontier - HPE Cray EX235a, AMD Optimized 3rd Generation EPYC 64C 2GHz, AMD Instinct MI250X, Slingshot-11, HPE DOE/SC/Oak Ridge National Laboratory United States	8,699,904	1,194.00	1,679.82	22,703
2	Supercomputer Fugaku - Supercomputer Fugaku, A64FX 48C 2.2GHz, Tofu interconnect D, Fujitsu RIKEN Center for Computational Science Japan	7,630,848	442.01	537.21	29,899
3	LUMI - HPE Cray EX235a, AMD Optimized 3rd Generation EPYC 64C 2GHz, AMD Instinct MI250X, Slingshot-11, HPE EuroHPC/CSC Finland	2,220,288	309.10	428.70	6,016
4	Leonardo - BullSequana XH2000, Xeon Platinum 8358 32C 2.6GHz, NVIDIA A100 SXM4 64 GB, Quad-rail NVIDIA HDR100 Infiniband, Atos EuroHPC/CINECA Italy	1,824,768	238.70	304.47	7,404
5	Summit - IBM Power System AC922, IBM POWER9 22C 3.07GHz, NVIDIA Volta GV100, Dual-rail Mellanox EDR Infiniband, IBM DOE/SC/Oak Ridge National Laboratory United States	2,414,592	148.60	200.79	10,096
6	Sierra - IBM Power System AC922, IBM POWER9 22C 3.1GHz, NVIDIA Volta GV100, Dual-rail Mellanox EDR Infiniband, IBM / NVIDIA / Mellanox DOE/NNSA/LLNL United States	1,572,480	94.64	125.71	7,438
7	Sunway TaihuLight - Sunway MPP, Sunway SW26010 260C 1.45GHz, Sunway, NRCPC National Supercomputing Center in Wuxi China 🇨🇳	10,649,600	93.01	125.44	15,371
8	Perlmutter - HPE Cray EX235n, AMD EPYC 7763 64C 2.45GHz, NVIDIA A100 SXM4 40 GB, Slingshot-10, HPE DOE/SC/LBNL/NERSC United States	761,856	70.87	93.75	2,589
9	Selene - NVIDIA DGX A100, AMD EPYC 7742 64C 2.25GHz, NVIDIA A100, Mellanox HDR Infiniband, Nvidia NVIDIA Corporation United States	555,520	63.46	79.22	2,646
10	Tianhe-2A - TH-IVB-FEP Cluster, Intel Xeon E5-2692v2 12C 2.2GHz, TH Express-2, Matrix-2000, NUDT National Super Computer Center in Guangzhou China 🇨🇳	4,981,760	61.44	100.68	18,482

现在中国超算位列第7和第10，和同阶段的超级计算机相比，中国的超级计算机所需要的功耗还是比较高的，而且核心数量也很多。

流行体系结构

片内异构

神威太湖之光的体系结构

基于众核

一个主核带众多计算小核

节点内异构

天河二号的体系结构

CPU + 加速器 结构

一个节点上有一个CPU + 一个或几个加速器