對於我們大多數人來說，如果一臺計算機能夠以60fps的速度執行 8K 影片或最新版本的《孤島驚魂》而不會變慢，那麼它可能看起來已經足夠快了。然而，有許多複雜的任務需要每秒進行數十億次計算——這是配備 i9 處理器的桌上型電腦無法完成的。
這就是超級計算機派上用場的地方。它們提供了高水平的效能，使政府和組織能夠解決傳統計算機無法解決的問題。
今天的超級計算機在構建時就考慮到了 AI（人工智慧）工作負載。除了天氣預報、氣候研究、物理模擬和石油和天然氣勘探外，超級計算機還幫助科學家發現更具彈性的建築材料，並以極端的細節水平研究人類蛋白質和細胞系統。
通常，超級計算機的效能以每秒浮點運算 (FLOPS) 來衡量。在科學計算領域，FLOPS 是一個比測量每秒指令數更準確的數字。
您知道嗎？第一臺超級計算機——利弗莫爾原子研究計算機——是在 1960 年為美國海軍研發中心建造的。
為了向您展示我們從那時起已經走了多遠，我們整理了一份世界上最快的超級計算機的詳細列表。它們都是在 Linux上執行的非分散式計算機系統。
12. 紅杉
速度：17.1 petaFLOPS
核心數：1,572,864
供應商：IBM
地點：美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室
Sequoia 使用 IBM 的 BlueGene/Q 伺服器提供 20 petaFLOPS 的理論峰值效能。與上一代 K 計算機相比，它的核心數量增加了 123%，能源效率提高了 37%。
儘管該機器主要用於核武器模擬，但它也可用於許多科學目的，例如氣候變化和人類基因組分析。它還透過對人類心臟電生理學的 3D 模擬展示了其強大的可擴充套件性。
11. 盤古三
信用：Total S.A.
速度：17.8 petaFLOPS
核心數：291,024
供應商：IBM
地點：法國波城CSTJF技術和科學研究中心
Pangea III 依賴於 IBM 的 AI 一體化的高效能架構。 IBM 和 NVIDIA 合作構建了業界唯一的 CPU 到 GPU NVLink 連線，與基於 x86 的傳統系統相比，IBM POWER9 CPU 和 NVIDIA Tesla V100 Tensor Core GPU 之間的記憶體頻寬提高了 5 倍以上。
該架構不僅提高了計算效能，還提高了能效。新系統使用的每 petaFLOP 能耗不到其前身 Pangea I 和 II 的 10%。
Pangea III 具有多種應用，特別是在三個不同的領域——勘探和開發地震成像、開發和生產模型以及資產估值和選擇性。
10. 拉森
速度：18.2 petaFLOPS
核心數：288,288
供應商：IBM
地點：美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室
Lassen 被指定用於未分類的模擬和分析。它安裝在同一個實驗室中，並且使用與 Sierra（#2 最快的超級計算機）相同的構建元件。
儘管 Sierra 是一個龐大的系統，但 Lassen 本身就是一個不錯的尺寸：它正好是其較大尺寸的 1/6。 Lassen 系統包含在 40 個機架中，而 Sierra 佔用了 240 個機架。
IBM Power9 處理器和 253 TB 的主記憶體幫助 Lassen 實現了 23 petaFLOPS 的振奮效能。
9. SuperMUC-NG
速度：19.4 petaFLOPS
核心數：305,856
供應商：聯想
地點：德國萊布尼茨超級計算中心
SuperMUC-NG 具有 6,400 個聯想 ThinkSystem SD650 直接水冷計算節點，具有超過 700 TB 的主記憶體和 70 PB 磁碟儲存空間。
它連線到強大的視覺化系統，其中包含一個大型 4K 立體 Powerwall 和一個 5 面 CAVE 人工虛擬現實環境。
這臺超級計算機為許多領域的歐洲科學家提供服務，包括基因組分析、流體動力學、量子力學、生命科學、醫學和天體物理學。
8. AI 橋接雲基礎設施
信用：ABCI
速度：19.8 petaFLOPS
核心數：391,680
供應商：富士通
地點：日本國立先進工業科學技術研究所
這是世界上第一個提供 32.577 petaFLOPS 峰值效能的大規模開放 AI 計算基礎設施。它共有 1,088 個節點，每個節點包含 2 個 Intel Xenon Gold 可擴充套件處理器、4 個 NVIDIA Tesla V100 GPU、2 個 InfiniBand EDR HCA 和 1 個 NVMe SSD。
富士通有限公司聲稱，該超級計算機透過使用熱水和空氣冷卻，可以實現傳統資料中心 20 倍的熱密度，以及 70 kW Rack 的冷卻能力。
7.三位一體
速度：21.2 petaFLOPS
核心數：979,072
供應商：克雷
地點：美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室
Trinity 旨在提供非凡的計算能力國家核安全域性核安全企業。它旨在提高核武器模擬程式碼中的幾何和物理保真度，同時確保核庫存的安全、可靠和有效。
超級計算機的開發分為兩個階段：第一階段採用英特爾至強 Haswell 處理器，第二階段包括使用英特爾至強融核 Knights Landing 處理器的顯著效能提升。它可以提供超過 41 petaFLOPS 的總峰值效能。
6. Piz Daint
速度：21.2 petaFLOPS
核心數：387,872
供應商：克雷
地點：瑞士國家超級計算中心
這臺超級計算機以瑞士阿爾卑斯山的 Piz Daint 山命名，執行在 Intel Xeon E5-26xx 微處理器和 NVIDIA Tesla P100 上。
Piz Daint 利用 DataWarp 的“突發緩衝模式”來增加進出儲存裝置的有效頻寬。這加快了資料輸入/輸出速率，促進了數百萬個小型非結構化檔案的分析。
除了日常任務外，它還可以處理一些世界上資料最密集的專案的資料分析，例如從大型強子對撞機實驗中收集的資料。
5. 弗龍特拉
兩排 Frontera 伺服器之間的檢視 |信用：TACC
速度：23.5 petaFLOPS
核心數：448,448
供應商：戴爾 EMC
地點：美國德克薩斯高階計算中心
Frontera 透過提供廣泛的計算資源為工程和研究開闢了新的可能性，使科學家能夠更輕鬆地應對廣泛領域的許多複雜挑戰。
Frontera 有兩個計算子系統：第一個專注於雙精度效能，第二個專注於單精度流記憶體計算。它還具有用於託管虛擬伺服器的雲介面和多個應用程式節點。
4.天河2A
廣州國家超級計算機中心天河二號
速度：61.4 petaFLOPS
核心數：4,981,760
供應商： NUDT
地點：中國廣州國家超級計算中心
天河 2A 擁有超過 16,000 個計算機節點，是全球最大的英特爾 Ivy Bridge 和至強融核處理器安裝。雖然每個節點有 88 GB 的記憶體，但總記憶體（CPU + 協處理器）為 1,375 TB。
中國在建造這臺超級計算機上花費了 24 億元人民幣（3.9 億美元）。它現在主要用於模擬、分析和政府安全應用。
3.神威太湖之光
速度：93 petaFLOPS
核心數：10,649,600
供應商：NRCPC
地點：中國無錫國家超級計算中心
太湖之光的計算能力來自自主研發的多核SW26010 CPU，包括計算處理單元和管理處理單元。
由於其 260 個處理元件（整合到一個 CPU 中），單個 SW26010 可提供超過 3 teraFLOPS 的峰值效能。每個計算處理元件都有一個暫存記憶體，作為使用者控制的快取，顯著減少了大多數應用程式中的記憶體瓶頸。
除了生命科學和藥物研究，太湖之光還被用於模擬具有 10 萬億個數字粒子的宇宙。然而，中國正在努力實現更多目標：該國已經提出了到 2030 年成為人工智慧領導者的目標。
2. 獅子山
速度：94.6 petaFLOPS
核心數：1,572,480
供應商：IBM
地點：美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室
Sierra 提供高達其前身 Sequoia 的 6 倍的持續效能和 7 倍的工作負載效能。它結合了兩種處理器晶片：IBM 的 Power 9 處理器和 NVIDIA 的 Volta GPU。
Sierra 專為評估核武器系統的效能而設計。它用於庫存管理、美國可靠性測試和核武器維護計劃中的預測性應用，無需進行任何核試驗。
1. 峰會
速度：148.6 petaFLOPS
核心數：2,414,592
供應商：IBM
地點：美國橡樹嶺國家實驗室
Summit 在峰值時可以提供 200 petaFLOPS。這相當於每秒 200 千萬億次浮點運算。
它也是世界第三高能效超級計算機，記錄的功率效率為每瓦 14.66 gigaFLOPS。
Summit 的 4,600 多臺伺服器佔據了兩個籃球場的大小，容納了 9,200 多個 IBM Power9 處理器和 27,600 多個 NVIDIA Tesla V100 GPU。該系統透過 185 英里的光纖電纜連線，消耗的電量足以執行 8,100 個家庭
2018 年，Summit 成為第一臺突破百億億級障礙的超級計算機。在分析基因組資料時，它實現了 1.88 exaops 的峰值吞吐量，接近每秒 20 億次計算。
美國旨在開發一個功能齊全的百億億級計算生態系統，用於科學研究xt 年，Summit 是朝著這個目標邁出的一步。
1. 富樂
速度：442 petaFLOPS
核心數：7,630,848
供應商：富士通
地點：日本 RIKEN 計算科學中心
Fugaku 的理論峰值效能為 537 petaFLOPs，是世界上最快的超級計算機。它也是第一臺由 ARM 處理器驅動的頂級超級計算機。
根據 HPCG 基準，Fugaku 的效能超過了世界排名前四的超級計算機的綜合性能。
這對日本政府來說是一項了不起的成就，但設計如此強大的系統並不便宜。自 2014 年以來，政府已在該專案的研發、收購和應用開發上花費了約 10 億美元。
Fugaku 並排執行在兩個作業系統上：Linux 和稱為 IHK/McKernel 的“輕量級多核心作業系統”。 Linux 處理可移植作業系統介面 (POSIX) 相容服務，而 McKernel 執行高效能模擬。
它旨在解決高度優先的社會和科學問題，例如天氣預報、清潔能源開發、藥物發現、個性化醫療和探索量子力學定律。
經常問的問題
超級計算機執行什麼軟體？
幾乎所有現代超級計算機都使用 Linux 作業系統。造成這種情況的主要原因是 Linux 的開源特性。
由於超級計算機是為特定目的而設計的，因此它們需要針對這些特定要求進行最佳化的自定義作業系統。事實證明，開發和維護封閉式、專有的操作系統是一個非常昂貴和耗時的過程。
另一方面，Linux 是免費、可靠且易於定製的。開發人員可以為每臺超級計算機配置或製作單獨的 Linux 版本。
