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超级计算机

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中国超级计算机“天河一号”

超级计算机通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务

器不能完成的大型复杂课题的计算机。为了帮助大家更好的理解超级计算机的运算速度我们

把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这

样的运算速度前提下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。

目录

超级计算机技术

超级计算机的应用

1.世界十大超级计算机

1.亿亿级超级计算机

超级计算机技术

超级计算机的应用

1.世界十大超级计算机

1.亿亿级超级计算机

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超级计算机

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超级计算机技术

超级计算机技术已不再是一个新鲜的话题，美国IBM、日本NEC、中国

曙光都已推出自己的超级计算机，但比较而言，以美国两院院士、“世界

超级涡轮式刀片计算机之父”陈世卿博士为首的专家团队回归祖国后研发

出的超级计算机仍然具有绝对的优势。

新一代的超级计算机采用涡轮式设计，每个刀片就是一个服务器，能

实现协同工作，并可根据应用需要随时增减。单个机柜的运算能力可达

460.8千亿次/秒，理论上协作式高性能超级计算机的浮点运算速度为100

万亿次/秒，实际高性能运算速度测试的效率高达84.35队是名列世界最高

效率的超级计算机之一。通过先进的架构和设计，它实现了存储和运算的

分开，确保用户数据、资料在软件系统更新或CPU升级时不受任何影响，

保障了存储信息的安全，真正实现了保持长时、高效、可靠的运算并易于

升级和维护的优势。

目前（2010年10月）世界最快超级计算机为天津国家超级计算机中心

的天河TA,速度为每秒2.5千万亿次，据悉该计算机采用了逾7000个英

伟达生产的图形芯片

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超级计算机的应用

应用概述

超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一

类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是国家科技发展水平

和综合国力的重要标志。

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超级计算机

随着超级计算机运算速度的迅猛发展，它也被越来越多的应用在工业、

科研和学术等领域。我国现阶段超级计算机拥有量为22台（中国内地19

台，香港1台，台湾2台），居世界第5位，就拥有量和运算速度在世界

上处于领先地位，但就超级计算机的应用领域来说我们和发达国家美国、

德国等国家还有较大差距。如何利用超级计算机来为我们的工业、科研和

学术等领域服务已经成为我们今后研究发展的一个重要课题。超级计算机

是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻

重的意义。我国超级计算机及其应用的发展为我国走科技强国之路提供了

坚实的基础和保证。

我国超级计算机现状

作为高科技发展的要素，超级计算机早已成为世界各国经济和国防方

面的竞争利器。经过我国科技工作者几十年不懈地努力，我国的高性能计算

机研制水平显著提高，成为继美国、日本之后的第三大高性能计算机研制

生产国。

国家863软件专业孵化器（昆明）基地积极加强与由美国国家工程院

院士、美国艺术与科学院院士、世界超级涡轮式刀片计算机之父陈世卿博

士领衔的超级计算核心技术和科学家团队的合作，计划引进其拥有完全自

主知识产权的具有世界领先技术的超级计算机以及相关行业领域的解决方

案，利用超级计算机强大的科学计算、事务处理和信息服务能力，借助其

提供信息服务的强大引擎或平台，整合资源，协同作业，解决污染整治对

算法、方程、建模、模拟等复杂计算的需求。

世界超级计算机现状

美国劳伦斯•利弗莫尔（Lawrence,Livermore）国家实验室内，由IBM

设计的蓝色基因/L在测试中以每秒136.8兆的计算速度记录一个高峰值之

后恢复了最高点。IBM称，在一次完整的过程中，系统应该有两倍的动力，

即峰值表现超过360teraflopSo

来自德国和美国的研究人员，每年两次颁布动力最为强大的500个计

算机的名单。最近的名单出现在德国海德堡举行的国际超级计算机会议上。

这些高端计算机都是由各种奇特的制造方法完成，而不是由标准成分组成

的。尽管这样，计算机也可以达到一个极高的速度。

过去两年，多数接近最高的500个名单的计算机是由普通的电脑硬盘

连同新奇的软件组成。但是现在情况不同了，一些系统开始决定这些排名。

举例来说，现在的冠军蓝色基因/L,是经过特殊设计的系统，同时合并了空

前的65,536个人处理器，再加之可升级的模版设计。此系统不但比传统的

系统更有动力而且也比较紧凑避免了供电不足。IBM的汤姆斯J沃森研究

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超级计算机

中心设计的被称为BGW的蓝色基因机器是本次500名单中的第二名，这进

一步说明了此设计理念的正确性。这一系统与蓝色基因/L的模组设计一样,

只是有较小的处理器并且只可以记录91.2teraflops峰值处理动力。

现在，没有一部在1997年制造的计算机有能力进入最高500名单。高

速计算争霸的战争表明：传统计算机处理器与超级处理器的差别。日本政

府最近宣布计划赞助一部处理速度高达1000teraflops-或petaflop计算

机的发展，希望在2010年之前可以面世.

中国高性能计算机性能TOP10

2010年10月最新数据

天津的天河TA已经安装完毕，速度全球第一，比第二名的美国国家实

验室的计算机快30%,速度达到每秒2.5千万亿次运算

(前10名，截止到2009年11月)1

中国“天河一号”超级计算机

研制厂商/单位：国防科技大学与天津滨海新区合作研制

型号：天河,一号(Intel至强5500,ATI的GPU)

安装年份：2009

应用领域：科学计算

处理器数器144(CPU)、5120(GPU)

Linpack值563.TFlops

Unpack来源:C

峰值(Gflops):1206000PF1OPS

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超级计算机

国防科技大学成功研制出峰值性能为每秒1206万亿次的“天河一

号”超级计算机。在今天中国高性能计算机TOP100组织公布的2009年度

前100强排名中，天河一号高居榜首。实现了我国自主研制超级计算机能

力从百万亿次到千万亿次的跨越，使我国成为继美国之后世界上第二个能

够研制千万亿次超级计算机系统的国家。

2

研制厂商/单位：曙光

型号:曙光5000A/1920x4路AMD四核Barcelona1.9GHz/DDR

Infiniband/WinHPC2008+Linux

安装地点：上海超级计算中心

安装年份：2008

应用领域：科学计算

处理器数：30720

Linpack值(Gflops):180600.00

Unpack来源:C

峰值(Gflops):233472.00

效率:0.774

3

研制厂商/单位：联想

型号：深腾7000/BladeCenterHS21XM/X3950IntelXeonQuad-Core

E54503.OGHz/2.93GHzInfinibandDDR

安装地点：中国科学院超级计算中心

安装年份：2008

应用领域：科学计算

处理器数：12216

Linpack值(Gflops):102800.00

Linpack来源:C

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超级计算机

峰值(Gflops):145970.00

效率：0.704

4

研制厂商/单位：IBM

型号：BladeCenterHS21Cluster/630x2IntelXeonE5430Quad

Core2.66GHz/Giga-E

安装地点：中石油四川石油物探公司

安装年份：2008

应用领域：能源/地球物理

处理器数：5040

Linpack值（Gflops）:24670

Linpack来源:C

峰值（Gflops）:53625.6

效率：0.46

5

研制厂商/单位：HP

型号：ClusterPlatform3000BL460c/384x2IntelXeonE5430Quad

Core2.66GHz/Infiniband20Gb/s

安装地点：中国地震局工程力学研究所（北京）

安装年份：2008

应用领域：科学计算/地震工程

处理器数：3072

Linpack值（Gflops）:23272

Linpack来源：U

峰值（Gflops）:32686.08

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超级计算机

效率：0.712

6

研制厂商/单位：IBM

型号：BladeCenterHS21Cluster/516x2IntelXeonE5430Quad

Core2.66GHz/Giga-E

安装地点：中石油大庆物探公司

安装年份：2008

应用领域：能源/地球物理

处理器数：4128

Linpack值(Gflops):21126.44

Linpack来源:C

峰值峰flops):43921.92

效率：0.481

7

研制厂商/单位：宝德

型号：PowerScale8000/512xIntelHarpertownXeonQuadCore

3.0GHz(X5450)/Infiniband

安装地点：湖南

安装年份：2008

应用领域：科学计算

处理器数：2048

Linpack值(Gflops):20410.00

Linpack来源:C

峰值(Gflops):24576.00

效率：0.830

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超级计算机

8

研制厂商/单位：宝德

型号：PowerScale8000/568xIntelTigertonXeonQuadCore

2.93GHz(X7350)/InfinibandDDR4X

安装地点：江苏

安装年份：2008

应用领域：科学计算

处理器数：2272

Linpack值(Gflops):19970.00

Linpack来源:C

峰值(Gflops):26627.00

效率：0.750

9

研制厂商/单位：IBM

型号：IBMBladeCenterHS21Cluster,IntelXeon51xx(Woodcrest)

dualcore2.33GHz/Giga-E

安装地点：中石化胜利油田分公司物探研究院地球物理研究所

安装年份：2007

应用领域：能源/地球物理

处理器数：4096

Linpack值(Gflops):18600.00

Linpack来源：T

峰值(Gflops):38223.90

效率：0.487

10

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超级计算机

研制厂商/单位：IBM

型号：BladeCenterHS21Cluster/506x2IntelXeonQuadCore

2.33GHz/Giga-E

安装地点：中石油东方地球物理公司

安装年份：2007

应用领域：能源/地球物理

处理器数：4048

Unpack值(Gflops):18146.86

Linpack来源:C

峰值(Gflops):37727.36

效率：0.481

本排行榜为中国软件行业协会数学软件分会、国家863高性能计算机

评测中心和中国计算机学会高性能计算专业委员会联合公开发布的2008年

中国高性能计算机性能TOP100排行榜，版权属于中国软件行业协会数学软

件分会，欢迎各方提供准确信息。

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世界十大超级计算机

世界十大超级计算机概述

2010年10月最新数据

天津的天河TA已经安装完毕，速度全球第一，比第二名的美国国家实

验室的计算机快30%,速度达到每秒2.5千万亿次运算

全球高性能计算机TOP500排行榜官方网站5月31日发布了最新的“500

强”名单，中国首台实测性能超过千万亿次的高性能计算机“星云”跻身世

界超级计算机第二位。

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超级计算机

世界超级计算机排行榜

超级计算机名称开发公司/院校所在机构运算速度（最大）运转速度

（峰值）

走鹃(Roadrunner)IBM美国洛斯阿拉莫斯国家实验室1105

Tflops1456.7Tflops

美洲虎(Jaguar)Cray美国橡树岭国家实验室1.059Tflops

1381.4Tflops

尤金(JuGene)IBM德国尤里希研究中心825.5Tflops

1002.7Tflops

昴星(Pleiades)SGI美宇航局埃姆斯研究中心487.OlTflops

608.83Tflops

蓝色基因L(BlueGene/L)IBM美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室

478.2Tflops596.38Tflops

北海巨妖XT5(KrakenXT5)Cray美国国际计算科学研究院

463.30Tflops607.20Tflops

蓝色基因P(BlueGene/P)IBM美国阿贡国家实验室458.61

Tflops557.06Tflops

巡游者(Ranger)Sun美国德克萨斯高级计算中心433Tflops

579Tflops

曙光(DAWN)BlueGENESD0E/NNSA/LLNL415Tflops501Tflops

尤罗帕（JUROPA）Sun德国尤里希研究中心274Tlops308Tflops

2009年全球超级计算机最新排行:

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超级计算机

据美国《新科学家》网站报道，随着科学技术的迅猛发展，计算机的

运行速度也越来越快，大型超级计算机不断问世。国际T0P500组织是发布

全球已安装的超级计算机系统排名的权威机构，他们以超级计算机基准程

序Linpack测试值为序进行排名，每年发布两期全球超级计算机500强排

行榜。在11月份刚刚出炉的排行榜上，美国的“美洲豹”荣登榜首宝座，

中国的“天河一号”名列第五位。

1.美洲豹

：“美洲豹”超级计算机系统隶属于美国能源部，坐落于美国橡树岭国

家实验室。在本期排行榜上，它以每秒1.8千万亿次的运算速度超越“走

鹃”而名列榜首，它的运算速度比“走鹃”快大约70%o“美洲豹”是一台

民用计算机，将主要用于模拟气候变化、能源产生以及其他基础科学的研

究。

2.走鹃

:自2008年6月起到本期排行榜出炉之前，“走鹃”一直稳居T0P500

排行榜榜首位置，它也是世界上第一台打破每秒千万亿次运算速度的超级

计算机。“走鹃”位于美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室，它也

是一种IBM系统计算机，每秒运算速度可达1042万亿次。它采用了一系列

专门针对游戏和商业的技术，包括用于索尼“游戏站3”的九核Cell处理

器和AMD双核皓龙处理器。因此，“走鹃”是全球第一台采用Cell处理器

的混合式超级计算机。“走鹃”系统主要用于对美国核武器进行复杂而秘

密的评估。

3.海妖

:“海妖”超级计算机由美国田纳西大学国家计算科学研究院所研制。

“海妖”系统中拥有10万个AMD双核皓龙处理器，运算速度为每秒831万

亿次，它主要用于一些高端服务器或工作站中。“海妖”也是世界上由学

术机构所拥有的运算速度最快的计算机。

4.尤金

：“尤金”是欧洲运算速度最快的巨型计算机，曾经也名列全球排行榜

第二名。它是由德国尤利希超级计算机中心所研制，采用的是IBM蓝色基

因/P型机设计方案，使用许多小型、低能耗的芯片。该方案中，每一个独

立处理器的最大运行速度为850兆赫，甚至比普通家用电脑的处理速度都

还要慢。但是，“尤金”巨型机总共拥有292000个处理器芯片，如此多的

芯片使得它的整体运算速度高达每秒825万亿次。本图拍摄于今年初，当

时科学家们正在对其进行升级。

5.天河一号

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超级计算机

：“天河一号”是首次进入全球超级计算机500强排行榜。它是中国

首台千万亿次超级计算机系统，其系统峰值性能为每秒1206万亿次双精度

浮点运算，Linpack测试值达到每秒563.1万亿次。“天河一号”是由天津

滨海新区和国防科技大学共同建设的国家超级计算机天津中心所研制，它

的运算速度是中国此前最快的超级计算机的四倍多。在“天河一号”中，

共有6144个Intel处理器和5120个AMD图像处理单元（相当于普通电脑中

的图像显示卡）。“天河一号”将广泛应用于航天、勘探、气象、金融等众

多领域，为国内外提供超级计算服务。

超级计算机是世界高新技术领域的战略制高点，是体现科技竞争力和

综合国力的重要标志。各大国均将其视为国家科技创新的重要基础设施，

投入巨资进行研制开发。

2010年6月最新数据

Topi美洲豹美国橡树岭国家实验室

Top2曙光星云深圳国家超级计算机中心

Top3走鹃洛斯阿拉莫斯国家实验室

Top4海妖美国田纳西大学国家计算科学研究院

Top5尤金德国尤利希超级计算机中心所

Top6Pleiades超级计算机先进超级计算设备的艾姆斯研究中心

Top7天河天津国家超级计算机中心

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亿亿级超级计算机

自1976年美国克雷公司推出了世界上首台运算速度达每秒2.5亿次的

超级计算机以来，突出表现一国科技实力的超级计算机，堪称集万千宠爱

于一身的高科技宠儿，在诸如天气预报、生命科学的基因分析、核工业、

军事、航天等高科技领域长袖善舞，让各国科技精英竞折腰，目前，各国

都在着手研发亿亿级超级计算机。

制亿亿级超级计算机势在必行

据英国广播公司（BBC）近日报道，美国国防部高级研究计划局

（Darpa）正在紧锣密鼓地研制亿亿级（exascale,10的18次方）超级计

算机，该计算机每秒能够进行亿亿次（exaflop）浮点运算，其运行速度将

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超级计算机

是目前世界上运算速度最快的计算机Jaguar（美洲豹）的1000倍左右。

Darpa在声明中指出，该研究计划的最终目标是“让计算机彻底改头换面”。

据BBC报道，目前，美国能源部橡树岭国家实验室的超级计算机Jaguar

的运算速度为每秒1.75千兆次（petaflop,1千兆次即每秒进行10的15

次方次浮点运算）。

Darpa己经授权英特尔公司、英伟达公司、麻省理工学院、桑迪亚国家

实验室等携手打造该超级计算机，Darpa预计原型机将于2018年研制成功。

Darpa表示，新超级计算机主要用于分析军事设备和传感器产生的海量

数据。新研究项目名为“普适高性能计算（UHPC）”，旨在冲破摩尔定律

的藩篱。

另据英特尔公司的网站报道，英特尔将联合法国研究机构，建立欧洲

Exascale研发中心，共同研发exaflop级别的超级计算机。

另外，早在2006年，日本文部科学省就开始致力研制新一代超级计算

机，希望于2012年率先研制出亿亿级超级计算机，预定的研发费用为1230

亿日元。

让超级计算机的运算速度达到每秒亿亿次不仅仅是计算机发展史上的

一个里程碑，它也将让很多学科跃上新的高度；让科学家和医生更好地理

解海量数据；让科学家研发出新的技术来使云计算达到一定的规模,使庞

大的分布式计算机能够模拟现实；帮助研究人员创建三维立体可视图像而

非视频游戏来运行无穷无尽的假定推测情景，以此增加细节的精确度，正

如电影《星际迷航系列》中的“全息甲板”等。

而且，亿亿级超级计算机系统也将在高清晰气候模型的设计和制造、

生物能源产品的研制、智能栅格的研发以及熔解能源的设计等方面大显身

手。

降低能耗和改进软件设计是关键