超级计算机目前用于哪些领域?

多年来,许多机器都曾获得“世界最快超级计算机”的称号。美国能源部的 ASCI White 计算机在2000年摘得桂冠。
Getty Images/新闻/Getty Images

超级计算机让人联想到那些庞大、笨重、过热的机器,它们是世界对计算的初次认识——那些占用巨大空间以进行一次又一次计算的机器。你可能会惊讶地发现,即使个人电脑和网络系统已经普及,超级计算机仍然用于各种操作。在接下来的几页中,我们将为您详细介绍超级计算机是什么,以及它们如何在多个工业和科学领域继续发挥作用。

首先,介绍一下背景知识。是什么让超级计算机如此非凡?嗯,其定义有些难以确定。本质上,超级计算机是指在任何特定时间点上,世界上最强大、最快的计算机系统之一。随着技术的进步,超级计算机也必须不断提高标准。

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例如,第一台超级计算机是恰如其名的“巨人”(Colossus),位于英国。它旨在二战期间读取消息并破解德国密码,每秒可以读取多达5,000个字符。听起来很了不起,对吧?并非贬低“巨人”的努力,但将其与每秒完成42.5万亿次运算的NASA哥伦比亚超级计算机进行比较。换句话说,过去被称为超级计算机的现在可能只能算作一台合格的计算器,而我们目前所说的超级计算机则是任何计算机所能达到的最先进水平。

然而,有几件事能让一台计算机进入“超级”领域。它通常会拥有不止一个中央处理器(CPU),这使得计算机能够更快地进行电路切换并同时完成更多任务。(正因如此,超级计算机还将拥有巨大的存储空间,以便它能同时访问许多任务。)它还将具备进行向量运算的能力,这意味着它可以同时计算多个操作列表,而不仅仅是一次一个。

现在我们对超级计算机有了初步了解,接下来看看其中一些的应用。

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认识超级计算机

2003年,加里·卡斯帕罗夫再次与国际象棋超级计算机“深蓝少年”(Deep Junior)一较高下。比赛以3-3平局告终。
Mario Tama/新闻/Getty Images

正如我们所说,超级计算机最初是为密码破解和弹道学而开发的。它们旨在同时进行大量计算,这比,比如说,20名数学研究生在一个房间里手写运算要好得多。

在某些方面,超级计算机仍然用于这些目的。2012年,美国国家核安全管理局和普渡大学开始使用超级计算机网络来模拟核武器能力。多达10万台机器用于测试 [来源: Appro]。

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但如今不再只有军事部门使用超级计算机了。每当你用手机查看天气应用时,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)正在使用一台名为“天气与气候运行超级计算系统”的超级计算机来预测天气、预报天气事件,并跟踪空间和海洋天气活动 [来源: IBM]。

截至2012年9月,世界上最快的计算机是IBM的“红杉”(Sequoia)机器,它每秒可以运行16.32千万亿次浮点运算。也就是说,是16,000万亿次运算。它用于核武器安全和进行大规模分子动力学计算 [来源: Walt]。

但超级计算机并不仅仅是严肃的、智能的机器。其中一些字面上也用于娱乐和游戏。以《魔兽世界》(World of Warcraft)为例,这是一款广受欢迎的在线游戏。如果同时有一百万人玩《魔兽世界》,那么图形和速度至关重要。这时超级计算机就派上用场了,它们用于进行无数的计算,帮助游戏走向全球化。

说到游戏,我们不能忘记“深蓝”(Deep Blue),这台超级计算机在1997年的一场六局比赛中击败了国际象棋冠军加里·卡斯帕罗夫。还有沃森(Watson),这台IBM超级计算机曾在《危险边缘》(Jeopardy)的一场激烈比赛中击败了肯·詹宁斯,声名鹊起。目前,沃森正被一家健康保险公司用于预测患者诊断和治疗 [来源: Feldman]。沃森真是个多面手。

所以,是的:我们仍然受益于超级计算机。我们玩战争电子游戏时会用到它们,实际战争中也用到了它们。它们帮助我们预测是否需要带伞上班,或者是否需要进行心电图检查。随着计算速度的加快,未来我们使用超级计算机的可能性几乎没有尽头。

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作者附注

尽管我们常常想象技术革命发生在个人电脑、智能手机和平板电脑上,但事实是,超级计算机将向我们展示技术能走多远。为超级计算机服务的快速发展的处理器会逐渐渗透到市场——但在此之前,它们已经通过军事防御、天气预报、科学与健康研究,甚至是游戏,深刻影响了我们生活的巨大领域。只需观察一台超级计算机的主导地位如何迅速被另一台更快、更强大的版本取代,就能明白我们的生活多么依赖于不断发展的技术。

相关文章

来源

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  • Brodkin, Jon. 《拥有16千万亿次浮点运算和160万核心,美国能源部超级计算机是世界最快》。ArsTechnica. 2012年6月18日。(2012年8月24日) http://arstechnica.com/information-technology/2012/06/with-16-petaflops-and-1-6m-cores-doe-supercomputer-is-worlds-fastest/
  • 大英百科全书。《超级计算机》。2012年。(2012年8月24日) http://www.britannica.com/EBchecked/topic/574200/supercomputer.
  • Feldman, Michael. 《超级计算能帮助治愈医疗吗?》。HPCwire. 2011年9月15日。(2012年8月24日) http://www.hpcwire.com/hpcwire/2011-09-15/can_supercomputing_help_cure_health_care_.html
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  • IBM. 《IBM技术为NOAA天气和气候超级计算机提供动力,具备更高可靠性和处理能力》。2012年3月7日。(2012年8月24日) http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/37091.wss
  • InnovationNewsDaily 团队。《超级计算的极限》。InnovationNewsDaily.com. 2012年6月7日。(2012年8月24日) http://www.innovationnewsdaily.com/1243-nuclear-weapons-simulations-limits.html
  • Knapp, Alex. 《IBM现拥有世界最快超级计算机》。福布斯. 2012年6月18日。(2012年8月24日) http://www.forbes.com/sites/alexknapp/2012/06/18/ibm-now-has-the-worlds-fastest-supercomputer/
  • Miller, Paul. 《IBM沃森超级计算机在<危险边缘>练习赛中击败所有人》。Engadget. 2011年1月13日。(2012年8月24日) http://www.engadget.com/2011/01/13/ibms-watson-supercomputer-destroys-all-humans-in-jeopardy-pract/
  • NASA. 《哥伦比亚超级计算机》。(2012年8月24日) http://www.nas.nasa.gov/hecc/resources/columbia.html
  • NASA. 《昴星超级计算机》。(2012年8月24日) http://www.nas.nasa.gov/hecc/resources/pleiades.html
  • 国家计算科学中心。《世界最强大科学计算机!》。(2012年8月24日) http://www.nccs.gov/jaguar/
  • NOAA. 《NOAA强大的新超级计算机提升美国天气预报能力》。2009年9月8日。(2012年8月24日) http://www.noaanews.noaa.gov/stories2009/20090908_computer.html
  • 理化学研究所计算科学高级研究所。《什么是超级计算机?》。(2012年8月24日) http://www.aics.riken.jp/en/kcomputer/
  • Schramm, Mike. 《<魔兽世界>背后的超级计算机》。WoW Insider. 2008年11月18日。(2012年8月24日) http://wow.joystiq.com/2008/11/18/china-using-supercomputers-to-run-world-of-warcraft/
  • Top500.org. 《劳伦斯利弗莫尔的“红杉”超级计算机在最新TOP500榜单中傲视群雄》。2012年6月14日。(2012年8月24日) http://top500.org/lists/2012/06/press-release
  • Vance, Ashlee. 《从天气到魔兽的计算》。纽约时报. 2008年11月17日。(2012年8月24日) http://www.nytimes.com/2008/11/18/technology/business-computing/18super.html?_r=1
  • Wait, Patience. 《IBM的“红杉”是世界最快超级计算机》。信息周刊. 2012年6月19日。(2012年8月24日) http://www.informationweek.com/government/information-management/ibms-sequoia-is-worlds-fastest-supercomp/240002268
  • Walker, Richard. 《NOAA新超级计算机将进行超级天气预报》。AOL政府新闻. 2012年5月9日。(2012年8月24日) http://gov.aol.com/2012/05/09/new-noaa-supercomputers-to-make-super-weather-forecasts/
  • Ward, Mark. 《“巨人”再次破解密码》。BBC新闻. 2007年11月15日。(2012年8月24日) http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/7094881.stm

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常见问题

超级计算机用于哪些领域?
超级计算机用于计算密集型任务,如天气预报、气候研究、分子建模、物理模拟和数据分析。

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