人工智能与未来 课件 5.4 超算算力

Computility第5章

算力2035王红梅5.15.25.35.4算力那些事算力概述通用算力超算算力目录CONTENTS5.55.6智算算力拓展：算力网络讨论：当说到“超级计算机“的时候你怎么去理解这个“超级”呢？在你的认知中，有哪些和“超级”有关的事情呢？描述某个同学学习超级好描述某人超级有钱描述...下面给大家分享一个和超级有关的故事。相传印度舍罕国王打算重赏国际象棋的发明人——大臣西萨·班·达依尔。国王：你说吧，你想要什么都可以说西萨：我想要的是...国王：你尽管说西萨：这个8*8的棋盘，第一格放1粒麦子，第二格放2粒麦子，第三格放4粒麦子，以后每格麦子的数量是前面的翻倍即可。国王：就这点要求，好的好的。124你是国王你会答应西萨的请求吗？国王最终给西萨这些麦子了吗？12420+21+22+...+264粒麦子,约2000亿吨。以现在的水平，差不多是300年全球麦子的产量之和。指数问题。是个超级问题。延伸一下，我们要讲的超级计算机，其算力和普通计算机比，是按指数倍数来算。1GFlops=109Flops1TFlops=1012Flops1PFlops=1015Flops1EFlops=1018Flops5.4.1超算的概念5.4.2超算的分类5.4.3超算的内部结构5.4.4中国的超算能力5.4.5超算中心

计算机终端的算力，足够我们日常生活、学习、娱乐了。

但是有些领域，比如天气预报、天体物理模拟、航空航天、地震预报、石油天然气等勘探、CAE仿真计算、生命科学等，计算量非常大，需要超强算力，必须超级计算。这听起来好像离我们有点远，和我们关系不大？5.4.1超算的概念

天气预报怎么做到呢？

得益于超级计算机每12分钟实时刷新未来6小时的气象变化数据，并且准确预测未来15天以上气象变化情况。

讨论：假如你要出门6小时，对于是否带伞的问题有点纠结，你通常都怎么做？5.4.1超算的概念不同于传统计算机，超级计算机简称超算，适用于高性能大型主机系统，具有强大的计算能力、高级别的计算精度，能够以极快速度处理海量数据集和进行复杂计算。5.4.1超算的概念超级计算机体积也是超级大的5.4.1超算的概念2024年

世界第一名的超级计算机Frontier超级计算机占地面积约372平方米5.4.1超算的概念对应于不同的用途，各种超级计算机采用的技术架构、系统设计、性能评测标准都不一样。为了能有一个统一的标准来衡量超级计算机性能指标，1993年成立了国际TOP500组织。该组织每半年对世界上各个超级计算机用Linpack程序进行一次基准测试，将排名前500的系统在世界TOP500排行榜网站上公布。TOP500代表着世界上前500台运行速度最快的超级计算机。任何单位和组织的超级计算机要想进入TOP500名单，必须运行一个标准的HPC性能测试程序并将测试结果提交给TOP500组织。5.4.1超算的概念2024年TOP500排行榜名次计算机速度(Flops)部署地1Frontier1.2E美国橡树岭国家实验室2Aurora1.0E美国伊利诺伊州的阿贡国家实验室3Eagle561P微软Azure云平台4Fugaku442P日本神户理研计算科学研究中心5LUMI379P芬兰CSCEuroHPC中心横向看：亚欧美洲都有5.4.1超算的概念纵向看：你追我赶，互相超越图表2:2010-2024年全球超级计算机性能TOP500榜单排名第一变化情况时间超级计算机名称研制者国家2010.11-2011.06天河-1国防科技大学中国2011.06-2012.06京(超级计算机)理化学研究所日本2012.06-2012.11蓝色基因/QIBM美国2012.11-2013.06TitanCray美国2013.06-2016.06天河-2国防科技大学中国2016.06-2017.11神威·太湖之光国家并行计算机工程技术研究中心中国2018.06-2019.11SummitIBM美国2020.06-2021.11SupercomputerFugaku富士通日本2022.06-2023.06FrontierHPE美国2023.06-2024.06FrontierHPE美国5.4.1超算的概念你可能比较好奇，最近几年的TOP500排行榜没有了中国的身影，为什么呢？实际上，中国的超算成就是举世瞩目的，中国在2021年以前的全球超级计算机排名中，曾8次位居榜单第一，但是我们在2021年宣布，不再参加Top500的HPL基准测试。5.4.1超算的概念为什么不参加，同学们可以查查资料来谈论和分享。5.4.2超算的分类

根据超级计算机规模和用途不同，可分为通用超级计算机和专用超级计算机。通用的超级计算机是多数，服务于军事、医药、气象、金融等众多领域。（1）神威·太湖之光（2）前沿超级计算机（Frontier）专用超算只能高效地处理同一类型问题。（1）国际“象棋高手”“深蓝”（2）日本的“地球模拟器”；（3）纽约的安腾超级计算机：分子动力学模拟。比超算Frontier还要快上50倍以上。超级计算机本质上有单个计算机构成单个计算机超级计算机5.4.3超算的内部结构

超级计算机由众多计算节点组成（一个节点相当于一台计算机）超级集群。每个节点配有多个CPU等处理器，节点之间用高速网络互联，共享存储器。各个计算节点在操作系统管理下可以实现大规模并行计算，从而完成复杂艰巨的计算任务。5.4.3超算的内部结构天河二号拥有16000个计算机节点，每个节点配备2个处理器和3个协处理器。天河2号上运行的是国防科技大学开发的麒麟操作系统。算力达到了5.49亿亿FLOPS。5.4.3超算的内部结构

回望1980年代，中国的高性能计算机完全依赖进口，受限于国外技术封锁。

典型的案例就是中石油采购的IBM超级计算机，被安置在一个玻璃房子里，使用受美国全程监控，启动密码和机房钥匙都在美国人手里，成果还要美国审查。

这个事件被称为中国在级超级计算机领域的“玻璃房”事件，也是中国在超级计算机领域受到的超级侮辱事件之一。5.4.4中国的超算能力

后来，我国科学家发愤图强，于1983年12月发布了银河1号超级计算机。随后，又发布了银河2号到银河4号，形成银河超级计算机系列。应用银河超级计算机，我国成为世界上少数几个能发布5-7天中期数值天气预报的国家之一。银河系列后来又升级为“天河”系列，2010年，天河一号A成为中国第一个全球运行速度最快的超级计算机。5.4.4中国的超算能力

神威超级计算机的研制团队坚持国产化道路，厚积薄发，于2016年6月成功研制出世界上最快的超级计算机“神威太湖之光”，这台超级计算机落户在位于无锡的中国国家超级计算机中心。5.4.4中国的超算能力

神威太湖之光，在2016至2017年间，它连续四次蝉联世界Top500排行榜超级计算机冠军。5.4.4中国的超算能力中国的超级计算经过几十年发展，拥有了银河、天河、神威、曙光系列，由落后发展为世界领先。5.4.4中国的超算能力

什么是超算中心，超算中心和超级计算机有什么关系呢？超算中心，即超级计算中心，是指部署有超级计算机的机构。5.4.5超算中心大家都知道哪些超算中心？你是否亲自使用过超算中心的算力，赶快来评论区说说吧。

自2009年，科技部开始批准建立超级计算中心。截至2024年，科学技术部批准建立的国家超级计算中心有11个：国家超级计算天津中心、国家超级计算广州中心、国家超级计算深圳中心、国家超级计算长沙中心、国家超级计算济南中心、国家超级计算无锡中心，国家超级计算郑州中心、国家超级计算昆山中心、国家超级计算西安中心、国家超级计算成都中心、国家超级计算太原中心。另外还有中新重庆国际超算中心、文昌航天超算中心、乌镇之光超算中心等，天河一号和三号在天津，神威太湖之光在无锡。

5.4.5超算中心5.4.5超算中心11个国家级超算中心和3个地方超算中心国家超级计算郑州中心坐落在郑州高新区，由郑州大学负责建设、管理、运行和服务工作。郑州中心配备”中科曙光”新一代高性能计算机，峰值计算能力为100PFlops，存储容量为100PB。

5.4.5超算中心在国内，当你有超算需求的时候，该怎么办呢？是花费几个亿美金买一套吗？这些超算中心的计算资源是可以租用的。对学生和老师有时候还有免费资源可提供。讨论：请搜索一下，目前最快的超级计算机是谁？为执行什么程序设计的？造价是多少？2024年全球超级计算机排名第一如下‌：Frontier，橡树岭国家实验室，美国能源部运营。1、安装在74