超腦演算法

❶ 什麼是超級計算機是哪個國家發明的 叫什麼名字 它的運算速度是多少

什麼是超級電腦呢？按照美國傳統詞典的解釋，它是一種主機
電腦，是在一定時期內可以得到的一種最大的、運行速度最快 的、功能最強的電腦。超級電腦可以進行高速度和大存儲量的 計算。

*超速運算*

超級電腦的速度有多快呢？德國曼海姆大學、美國的田納西大 學和美國能源部的勞倫斯-伯克利實驗室的專家指出，目前全 球速度名列前茅的五百部超級電腦中，速度最慢的，每秒鍾能 運算將近兩千億次。而在速度最快的一批電腦中，有47台每秒 鍾運算次數超過了一萬億次。其中的冠軍是日本研製的超級電 腦，名叫「地球模擬器」，每秒能進行的浮點運算次數接近36 萬億次。 這還剛剛達到了理論速度極限的87%，也就是說，可 能還有增加的潛力。

不過運算次數接近36萬億次，是個理論上的數字。而在實際應 用中呢，往往比理論數字要低一些。「地球模擬器」中心的負 責人說，這座超級電腦在運行一套氣象模型軟體的時候，速度 超過每秒26萬億次。在超級電腦領域，是「強中更有強中 手」的，是「江山代有才人出，各領風騷沒幾年」的。最 近，IBM，也就是國際商用機器公司，獲得了為美國能源部制 造兩台最快速的超級電腦的合同。這兩台電腦將把目前的世界 冠軍遠遠拋在後邊。這就是說，超級電腦將變得更加超 級。IBM的專家納爾遜說：「比起現狀來，這將是一大飛 躍。」

*IBM新秀*

IBM 的這兩台新機器，一台叫「藍色基因」，計算速度可以 達到每秒鍾360萬億次。另一台叫ASCI 紫色，運算速度每秒鍾 100萬億次。這分別是現有的最快的超級電腦的將近3倍到十 倍。而兩部電腦合起來，每秒鍾能聯合運算四百六十萬億次。 數據處理能力相當於目前世界上五百部功能最強大的超級電腦 的總和的一倍半。

這些速度是個什麼概念呢？讓我們拿個人電腦來比一比。【合 眾國際社】說，現在最快的個人電腦每秒鍾能處理10億條指 令，而超級電腦的浮點運算要比這復雜得多。 IBM 表示，未 來的「藍色基因」超級電腦處理信息的速度相當於普通家用電 腦的四十萬倍。IBM網際網路技術和戰略部的負責人納爾遜說： 「一些科學家說，這是有史以來第一次，電腦有了和人腦一樣 的對信息進行粗處理的能力。」

*深藍下棋*

超級電腦的用途是什麼呢？可以從事模型處理，一些大公司用 它來開發產品和檢驗產品的應用。一些政府機構用它來進行大 規模試驗、計算和研究。例如現有的一台IBM超級電腦叫「白 色」，它的運算速度是每秒7.2萬億次，它用於模擬核爆炸和 宇宙的形成、從事飛行器設計、葯物合成等。超級電腦可以用 於觀察氣象、預測天氣。這個工作涉及的因素很多，用超級電 腦來估算比較容易算準。而預測地震呢，所需要的計算就更復 雜了，即使是現在最快的超級電腦「地球模擬器」也做不 到。「地球模擬器」中心的負責人說，他希望，下一代 的「地球模擬器」能預測地震。

超級電腦還有個用途是監視那些從外太空飛向地球的物體，看 看它們到底是隕石、太空船、掉落的人造衛星還是UFO，也就 是，不明飛行物。夏威夷的一個高性能電腦中心有一台IBM超 級電腦就是干這個的。它能迅速的把太空望遠鏡拍下的模糊影 像轉換為清晰的移動圖像，以便美國空軍看出那究竟是什麼東 西。這個超級電腦每秒能運算4800億次，比IBM超級電腦「深 藍」要快上將近40倍。「深藍」曾經在1997年和國際像棋大 師卡斯帕羅夫下棋，下贏了。

IBM計劃建造的兩台功能最強大的超級電腦將用於模擬核武器 試驗以及從事其它科學研究。IM從明年開始在北加州的利弗 莫爾國家實驗室安裝這兩台機器，估計2005 年完工。電腦實 驗室科研人員不等完工就將部份的使用「ASCI 紫色」電腦。 美國能源部將用它來模擬核武器爆炸，而不用進行地下核試 爆。

*核武模擬*

利弗莫爾國家實驗室核武器項目負責人、物理學家布魯斯-古 德溫說：「ASCI紫色」機是核武器物理學家十分盼望的機 器。長期以來，他們夢想進行逼真的氫彈爆炸立體模擬，新電 腦讓科學家如願以償。這樣的模擬，需要超級電腦分秒不停的 連續運算兩個月。科學家們通過模擬解決核武器老化等問題， 改進並設計新武器。

另一台超級電腦「藍色基因」可以儲存相當於十億部書的信 息，可以模擬各種物理現像，預測材料的性能、烈性炸葯 的「行為」以及地球大氣層和污染源之間的相互作用等等，可 以用於氣象研究，例如颶風預報，以及生物學的DNA 分 析。IBM的專家納爾遜說：「這些機器能從事氣象、核武 器、DNA分子等各方面的，比過去先進得多的模型建造。」

關於IBM計劃製造的這兩台超級電腦之間的區別，物理學家古 德溫說：「藍色基因」有如超音速戰斗機，速度快但功能比較 少，而「ASCI 紫色」象是747客機，功能更多，但是飛行速 度比較慢。

*硬體結構*

在硬體結構方面，超級電腦的機身，往往不是一個，而是一 群；所佔的地方，往往不是一點，而是一片。有不少超級電 腦是龐然大物。例如[ASCI 紫色]電腦重一百九十七噸，體積 相當於兩百個電冰箱的大小；裡面有二百五十多公里長的光纖 和銅制的電纜，具有超強的存儲功能。

微處理器，或者叫微處理晶元，相當於電腦的大腦。現在， 單個的晶元的速度遠遠達不到超級電腦的運算速度，那麼超級 電腦的速度從何而來呢？是通過聯合使用大量晶元而創造的。 有些超級電腦乾脆就是由一大批個人電腦組成的電腦群。這采 用的是「螞蟻雄兵」的戰略。 IBM公司超級電腦部門的副總 裁戴維·圖瑞克表示，超級電腦其實是一組組的電腦經由軟體 結合起來，步調一致，能象一台電腦一樣的運作。

一台個人電腦一般有一兩個微處理晶元，相比之下，超級電 腦「白色」使用了8000多個處理器，協同動作。而NEC，也 就是日本電氣公司研製的「地球模擬器」呢，採用了常見的平 行架構，使用了5000多個處理器。「藍色基因」將使用十三 萬個IBM 最先進的Power5 微處理器。[ASCI 紫色]電腦使用大 約一萬兩千六百個IBM 新型晶元，

微處理器那麼多，難免有的處理器會失靈。IBM的專家納爾遜 說，新的電腦系統將能自動繞過失靈的部件。納爾遜說： 「最大的挑戰是，製造一台可以自己管理自己的電腦。我們必 須研製出可以監督每個芯 片健康狀況的軟體。在出現問題的 時候，可以通過備用晶元或者叫候補晶元來完成任務，而不必 關機更換晶元卡。」

*信息傳送*

除了處理信息的速度問題，還有信息的傳送速度問題。 也就 是說，需要有足夠的信息及時傳過來以便讓處理器來處理，否 則處理器就會停工待料。如果超級電腦不能很快地從記憶里提 取數據，那麼超速處理的能力也就沒用了。田納西大學的超級 電腦專家唐加拉說，發展『快速提取』來支持『高速運 作』，是IBM面臨的一個挑戰。唐加拉說： 「這個挑戰是， 要在電腦內設立一個網路，讓所有的數據快速溝通，從而使處 理器工作的時候不必等待。目前，製造高性能電腦的關鍵障礙 在於解決數據傳輸的瓶頸問題。」

*光導技術*

未來的超級電腦會採用什麼新技術來更上一層樓呢？IBM 的超 級電腦部門負責人納爾遜說，光學技術，也就是利用玻璃纖維 而不是用金屬導線來傳遞信號，能夠提高處理速度。納爾遜 說： 「這實際上是下一代的超級電腦了。這意味著，使用光 學信號交換器和光學網路把超級電腦的各個部件連接到一起， 可以使整個系統的效率提高十倍，甚至一百倍。」

*造價昂貴*

名列前茅的超級電腦的造價如何呢？最近IBM 和美國能源部簽 訂的製造超級電腦的合同，價值兩億九千萬美元。而NEC 的「地球模擬器」，造價是4億美元。為什麼美國的兩台更先 進的超級電腦的造價，比日本的這一台超級電腦還要低呢？這 是因為日本的超級電腦使用的處理器是專門為超級電腦設計 的，所以比較貴。而美國的超級電腦使用的處理器是能在商業 上通用的，能大批量生產的，因此比較便宜。所以，今年4 月，當NEC從美國手中奪走超級電腦冠軍稱號之後，有的美國 學者不甘示弱，強調在評比超級電腦的時候不能只看運算速 度，更要看工作效率和性能價格比。

*IBM領先*

今日之世界，哪個國家使用和製造超級電腦最多呢？是美國。 根據德國曼海姆大學、美國的田納西大學和聯邦能源部的專家 在十一月中旬公布的關於全球頭五百部超級電腦的聯合報告， 這些電腦有46% 置在美國，有91%美國製造的。如果單論技術 性能，NEC的「地球模擬器」暫時技壓群雄。而若論商業市 場，則是IBM遙遙領先。今年8月，信息產業的評級機構IDC 發表了「全球高性能運算市場營收報告」。報告顯示，在全球 使用超級電腦的公司機構中，IBM產品占的份額最多，名列第 二的是新惠普公司。此外，NEC、美國的升陽公司和克雷公司 也這一領域競爭。

*國家資助*

為什麼美國在超級電腦領域領先呢？除了美國科技發達，人才 濟濟和財力雄厚的因素之外，幾十年來美國的核武器研究也帶 動了超級電腦工業的發展。最先進超級電腦的第一台經常被國 家武器實驗室購買。冷戰期間在內華達州進行的核試驗取消 後，核武器研究人員對電腦功能的需求更迫切了。美國的超級 電腦有許多安裝在國家實驗室。世界上功能排名第二和第三的 [惠普公司]的ASCI Q 電腦都在阿拉莫國家實驗室，排名第四 的「 ASCI 白色」超級電腦在利弗莫爾國家實驗室。

*排行效應*

和個人電腦相比，超級電腦的市場非常小。那麼，為什麼象 IBM 這樣的公司這么賣力氣來研製超級電腦呢？伯克利國家能 源實驗室計算中心負責人霍斯特說：登上五百大超級電腦的排 行榜首，就象獲得奧林匹克金牌；不少公司用這份名單來影響 他們的顧客。田納西大學的唐加拉說： 「這些公司是在用這 樣的研究工作來幫助他們的技術發展。」唐加拉說： 「這也 是改良產品的途徑。這些尖端技術會滲透到我們的日常用品 中。」

BM 期待把用於兩台超級電腦的Power5 晶元，從明年起用於商 業用的電腦伺服器，隨後用於台式電腦，還可能用於電子游戲 機。IBM 希望晶元的商業應用換來利潤回報。