中国超级计算机——突破技术封锁，模拟核试验必备设施

——突破技术封锁，模拟核试验必备设施

 

　　

　　2011年10月27日，我国第一台完全采用国产CPU处理器的千万亿次超级计算机——神威蓝光，在国家超级计算济南中心投入使用。该机装有8704片国产“申威1600”16核64位处理器，仅9个机柜便能达到峰值性能1100万亿次每秒。计算能力超过20万台普通笔记本电脑。系统综合水平处于当今世界先进行列。该系统具备扩充至每秒万万亿次潜力。

 

　　1997年5月1日，IBM公司生产的超级计算机“深蓝”，因战胜了国际象棋大师、世界棋王——卡斯帕罗夫而一举成名。“深蓝”就是我们所说的超级计算机，其采用256个内核的RS/6000SP并行处理芯片，及一批科学家、象棋高手为它设计的专用软件。这是计算机中体型庞大、功能最强、运算速度最快、存储容量最大和价格最贵的一类计算机，通常用于国家高科技领域，是一个国家技术的象征。计算机厂商们也把超级计算机看作是自己企业绝对实力的象征。

　　处于信息技术前沿的超级计算机一直是一个国家的重要战略资源，对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。在国防领域可用于模拟核试验、飞行器设计、监听对方通讯系统、反导弹武器系统等。没有强大计算能力的超级计算机，宇宙飞船就不能上天，国家安全就做不到万无一失，基因研究就无法继续，复杂的气象、勘探工作就难以精确。正因为如此，长期以来，把握超级计算机领先技术的西方国家，对包括中国在内的发展中国家实行了严格的管制，严禁出口相关的高端技术和产品，绝不容忍这些国家的计算能力达到国际水平。如美国政府以国家安全为由，禁止向中国出口每秒1900亿次以上的超级计算机系统。

　　然而，2008年11月17日，TOP500.org组织公布第32次《全球超级计算机五百强》榜单，中国研制的曙光5000A百万亿次超级计算机再次杀入了前十位，前十名中的第1-9名全部来自美国，其中有7台属于美国能源部，IBM打造的Roadrunner(走鹃)蝉联冠军，联想集团开发的深腾7000百万亿次超级计算机位居19位，日本则被挤出超级计算机前20名榜单。这是在主要由美国占绝对垄断的全球超级计算机领域里，中国科学家取得的历史性突破。　　

第一是主设计师胡伟武(左二)

　　目前,中国已成为继美国之后第二个可以制造和应用千万亿次超级计算机的国家。在超级计算机领域，美国占绝对领先地位，中国、日本、欧盟、俄罗斯紧随其后，其他国家居于第三梯队。全球各国都在大力推进千万亿次计算机计划.比如美国能源部、DARPA、美国国家科学基金、美国国家安全局、欧盟EU-FP7计划、日本、法国以及我国的“十一五”计划，2010年前,曙光将推出千万亿次的曙光6000超级计算机，并大规模采用国产龙芯处理器。　　

 

　　1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。这个庞然大物使用了18800个真空管，占地面积达170平方米，重达30吨。ENIAC真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧掉一支真空管。不仅如此，ENIAC还是位耗电大户，运行功率达到174千瓦。

　　世界第一台计算机

　　1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法尼亚大学诞生。这个庞然大物占地面积达170平方米,重达30吨。在揭幕仪式上,“埃尼阿克”为来宾表演了它的“绝招”———分别在1秒钟内进行了5000次加法运算和500次乘法运算,这比当时最快的继电器计算机的运算速度要快1000多倍。

　　二战爆发后,美国陆军军械部为研制和开发新型大炮,在马里兰州的阿伯丁设立了“弹道研究实验室”。极为繁重的计算任务令那里的研究人员大伤脑筋。尽管实验室雇用了200多名计算快手,还是捉襟见肘。他们迫切需要一种新的计算机器,以提高工作效率。就在人们一筹莫展之时,宾夕法尼亚大学莫尔电机学院的莫克利博士提出了试制第一台电子计算机的设想。他的设想吸引了陆军军械部,他们立即要求莫尔学院拟定一份研制计划。

　　按照科学家们的估计,制造一台电子计算机所需的经费为15万美元,这在当时是一笔巨款,因此遭到了军方内部很多人的坚决反对。眼看研制电子计算机的计划就要夭折,美国著名数学家维伯伦博士坚定地站到了支持者的行列里,他最终说服了美国军方。经过两年多的紧张研制,第一台电子计算机终于在1946年2月14日问世。而它的开发经费几经追加,最后达到48万美元。

　　这台名为“埃尼阿克”的电子计算机,如今看来简直就是一个怪物。其内部有成千上万个电子管、二极管、电阻器等元件,电路的焊接点多达50万个;在机器表面,则布满电表、电线和指示灯。令人哭笑不得的是,它的耗电量超过174千瓦小时,据说在使用时全镇的电灯都会变暗;而且它的电子管平均每隔15分钟就要烧坏一只,科学家们不得不满头大汗地不停更换。然而,“埃尼阿克”的计算速度却是手工计算的20万倍、继电器计算机的1000倍。美国军方也从中尝到了甜头,因为它计算炮弹弹道只需要3秒钟,而在此之前,则需要200人手工计算两个月。除了常规的弹道计算外,它后来还涉及诸多的科研领域,曾在第一颗原子弹的研制过程中发挥了重要作用。1955年10月2日,“埃尼阿克”宣告“退役”后,被陈列在华盛顿的一家博物馆里。

　　

 

　　西蒙·克雷(Seymor Cray)博士与他研制的“克雷1号”亿次超级计算机。Cray 1超级计算机，是1977年前世界上功能最强大的计算机。

　　超级计算机的前世今生

　　谁最早提出了超级计算机的概念?至今存在很大的争议。有人说是最早开发集成电路的肖克利在自己的工作日记中透露了超级计算机的构思，也有人说是当时为军方服务的LawrenceLivermore国家实验室的想法。但从真正意义上来说，研发出符合超级计算机定义产品的人应该是西蒙·克雷(Seymor Cray)博士，此人后来被西方称为“超级计算机之父”。

　　西蒙·克雷1925年9月出生在美国威斯康星州的一个工程师世家。在参加陆军做了几年电工后，克雷到威斯康星大学和明尼苏达大学继续深造，获电气工程学士和硕士学位。克雷先后在工程研究学会和雷明顿·兰德公司从事计算机研究。在那里，他设计出他的第一台计算机ERA1101。

　　1960年，刚成立三年的控制数据公司(CDC)接受美国原子能委员会的委托，涉足万难之险的巨型机领域。当时CDC公司的电脑总设计师就是年仅31岁的克雷，曾经是UNIVAC设计小组的成员。他是一位性格内向的“隐士”般人物，念念不忘的是建造心目中的巨型机，甚至想“隐退”回家去独自研究。CDC慷慨地满足了克雷的愿望，在距离总部80英里的密林深处为他建立了一个实验室。

　　克雷带领他的研究小组，远远避开“人世”。小组仅有34人，包括克雷本人在内，也只有2位博士。1963年8月，克雷终于从“密林”深处复出，把一台被他亲切称作“简单的蠢东西” —— CDC6600超级计算机公布于世。CDC6600是真正意义上的超级计算机，共安装了35万个晶体管，运算速度为300万次，是其他电脑的10倍。至1969年，克雷研制的CDC6600以及改进型CDC7600巨型机共售出150余台。

　　与比尔·盖茨这样精明的计算机商人不同，克雷是一个典型的工程师。曾经整整四个春秋，谢绝一切社交活动，埋头绘制图纸、制作零件。连著名的学术团体的颁奖，他也不愿抛头露面，为此博得了“丛林隐士”的绰号。克雷生平极少发表演说。

　　尽管克雷在上个世纪60年代成功开发了第一代超级计算机,但是真正将这个产品应用起来的还是前面提到的LawrenceLivermore国家实验室和另一位超级计算机设计者Frank McMahon，目的是为了克服当时磁芯存储器存在的延时问题。1971年前后Frank McMahon将这种想法成功地应用于CDCSTAR超级计算机的处理器CDC7600上。

　　接着，70年代中后期,以向量超级计算为主的超级计算机开始陆续出现，如CDC Cyber205和克雷1号。值得一提的是1975年诞生的“克雷1号”，实现了当时绝无仅有的超高速——可持续保持每秒1亿次运算。然而，这台超级计算机的体积却并不巨大，就像一套开口的沙发圈椅，靠背处立着12个一人高的“大衣橱”，占地不到7平方米，重量不超过5吨，共安装了约35万块集成电路。

　　从技术角度来看，克雷1号更加流行。这种机器具有8MB内存，但这种内存是晶体管存储器，而不是CDCSTAR-100使用的磁芯存储器。它还引入了向量寄存器的概念。

　　在整个70年代和80年代初期，向量计算处理对提高计算机运算速度十分有利，有利于流水线的充分利用，有利于多功能部件的充分利用。但由于时钟周期已接近物理极限，向量计算机的进一步发展已经不太可能。所以，要继续提高性能也就意味着必须投入多个CPU来同时为一个程序工作。在这样的背景下，一个全新的概念被提出来了，那就是大规模并行处理(MPP)，也是从这个时候，英特尔、IBM和SGI开始成为超级计算机领域的新贵。超级计算机也开始走上了真正的商用化道路。

　　1992年，英特尔推出Paragon超级计算机，它成为历史上第一台突破万亿次浮点计算屏障的超级计算机。紧接着,IBM的SP2、日立公司的SR2201和SGI公司的Origin2000超级计算机都先后出现。值得一提的是Origin2000系列后来成为SGI公司制作电影CG的主力，很多大场面的电影都有它的功劳。

　　1996年12月，SGI公司研制出一台具有256个处理器的超级计算机安装在美国国家实验室。这个系统的处理器还将增加为4096个，运算速度达到了30000亿次。

　　进入2000年之后，超级计算机的竞争日渐激烈，日本和美国彼此成为最大的竞争对手。比如在2003年世界前十名的超级计算机名单中，日本的“地球模拟器”排在榜首，后面全是清一色的美国产超级计算机。而保持运算速度最快记录的超级计算机则是日本NEC刚刚发布的SX-8,每秒运算速度高达65万亿次。

　　在厂商之间，IBM、英特尔、DELL、NEC和SGI的竞争一向激烈，近来又冒出了苹果。这家公司的G5苹果超级计算机已经后来居上，超过英特尔居于超级计算机排行榜的第三位。在中国，联想和曙光同样开发了国产超级计算机，在全球500强超级计算机中能够看到中国人的身影。　　

　　我国计算机研制工作起源于1956年制定的《全国12年科技规划》。同年9月中科院筹建计算技术研究所。1957年秋季决定以苏联M-3型计算机资料为蓝本，由中科院计算所与北京有限电厂合作研制计算机。1958年8月完成生产调试，该机由800根电子管、2000个氧化铜元件、10000个阻容元件组成，分装400个插件，插入3个机柜。由于氧化铜元件性能不稳定，后改用锗二极管。全机于1959年3月开始试算。不久，计算所三室成功地为该机配置了磁芯存储器，运算速度从以磁鼓作存储器时的每秒30次提高到每秒1800次。1959年8月1日投入运行，可执行短程序。738厂共生产了38台，并改名为103型计算机（即DJS-1型），供各单位使用。

　　中国超级计算机历史

　　世界上第一台数字电子计算机诞生于1946年，中国电子计算机的科研、生产和应用是从上世纪五十年代中后期开始的。1956年，周总理亲自主持制定的《十二年科学技术发展规划》中，就把计算机列为发展科学技术的重点之一，并筹建了中国第一个计算技术研究所——中国科学院计算技术研究所。1957年,哈尔滨工业大学研制成功中国第一台模拟式电子计算机。1958年8月1日，我国第一台数字电子计算机——103机诞生。

　　以逻辑电路器件作为标志，到目前为止的电子计算机可以分为四代。此外还有“第五代”即人工智能计算机和“第六代”即生物计算机的说法。每一代计算机，都比前一代更小、更快，技术工艺要求更高，价钱也更便宜。中国科学家研制从第一代到第四代计算机的工作，几乎贯穿于整个毛泽东时代。

　　第一代计算机采用电子管。美国研制出第一代计算机用了4年（1943-1946，标志：宾夕法尼亚大学莫尔学院的ENIAC），而中国通过学习苏联的技术，仅用3年就完成了（1956-1958，中科院计算所的103机），并生产了38台。

　　第二代计算机采用晶体管。美国从第一代计算机进入第二代计算机花了9年时间（1946-1954，标志：贝尔实验室的TRADIC），中国用了7年（1958-1964，标志：哈尔滨军事工程学院，即国防科技大学前身的441B机），生产了约200台。

　　第三代计算机采用中、小规模集成电路。这段发展过程美国用了11年（1954-1964，标志：IBM公司的IBM360），中国用了7年时间（1964-1970，标志：中科院计算所的小规模集成电路通用数字电子计算机“111机”）。

　　1965年，中国自主研制的第一块集成电路在上海诞生，仅比美国晚了5年。在此后的岁月里，尽管国外对我国进行技术封锁，但这一领域的广大科研工作者和工人阶级，发扬自力更生和艰苦奋斗的精神，依靠自己的力量建起了中国早期的半导体工业，掌握了从拉单晶、设备制造，再到集成电路制造全过程，积累了大量的人才和丰富的知识，相继研制并生产了DTL、TTL、 ECL等各种类型的中小规模双极型数字逻辑电路，支持了国内计算机行业。当时具备这种能力的国家除中国外，只有美国、日本和苏联。

　　我国的超级计算机研制起步于60年代。到目前为止，大体经历了三个阶段：第一阶段，自60年代末到70年代末，主要从事大型机的并行处理技术研究；第二阶段，自70年代末至80年代末，主要从事向量机及并行处理系统的研制；第三阶段，自80年代末至今，主要从事MPP系统及工作站集群系统的研制。经过几十年不懈地努力, 我国的高端计算机系统研制已取得了丰硕成果，“银河”、“曙光”、“神威”、“深腾”等一批国产高端计算机系统的出现，使我国成为继美国、日本之后，第三个具备研制高端计算机系统能力的国家。

 

　　1958年5月我国开始了第一台大型通用电子计算机-104机研制，以前苏联当时正在研制的БЭСМ-II中型计算机为蓝本，中科院计算所、四机部(15所)、七机部(706所)和总参56所的科研人员与北京有线电厂(738厂)密切配合，于1959年9月完成研制任务。104电子管计算机有22个机柜，主机、电机组机房各占地200平方米。全机共用4200个电子管，4000个锗晶体二极管。字长40二进位，内存使用直径2mm的环形铁淦氧磁心体，容量为4096字，机器时钟频率500KHz，运算速度每秒约一万次浮点运算，运行功率为100千瓦。1958年10月完成部件生产，1959年4月完成调试。 104机共生产了7台。为使计算机产业化，保证整机配套，60年代中期，全国建立了11家计算机主机和外部设备厂，职工人数1万3千人。分布在北京、上海、天津、贵州、黑龙江、山东、江苏等地。1970年之前，仅738厂就生产了18种类型的174台晶体管计算机。

 

　　我国在研制第一代电子管计算机的同时，已开始研制第二代晶体管计算机。1958年7月，中科院应用物理所王守武与林兰英等人，研制出我国第一根硅单晶;并开始筹建我国第一个晶体管厂——中科院109厂，从事锗高频晶体管的批量生产。该厂为计算所研制109乙型晶体管计算机(浮点32二进制位、每秒6万次)，提供了12个品种、14.5万多只锗晶体管。

　　1964年3月，二机部(主管核工业)提出要在1967年底前，使用约20万次的大型计算机。3月20日，中科院计算所在109乙型基础上，开始研制109丙计算机。1967年4月，完成机器调试，开始进行试算，8月进行验收鉴定。该机所需硅晶体管和锗晶体管，由109厂和公安部辽河实验工厂生产。109丙机是六十年代中期我国自行设计的比较成熟的大型计算机，字长48位，平均运算速度每秒11.5万次。在国内首次采用了自行研制的汇编语言和BCY算法语言，并建立了管理程序。该机共生产两台，为用户运行了15年，有效算题时间10万小时以上，在我国核武器研制工程中发挥了重要作用，被国防科工委誉为“功勋计算机”。

 

　　1983年12月22日，中国第一台每秒钟运算一亿次以上的“银河一号”巨型计算机，由国防科技大学计算机研究所在长沙研制成功，使我国成为能研制巨型机的少数几个国家之一，该成果荣获特等国防科技成果奖。

　　"银河"系列超级计算机

　　在国防科技大学计算机学院宽敞明亮的机房里，矗立着一个红黄两色相间的大机柜。这就是我国自行设计和研制的第一台每秒运算速度达亿次的超级计算机——“银河—I”。它的诞生，使我国成为继美国、日本之后第三个能独立设计和研制超级计算机的国家。

　　研制“银河”超级计算机的难度不是一般人能想象的：当时文革刚结束，国家百废待兴，我国气象部门急需巨型机做中长期天气预报，航空航天部门急需超级计算机以减少昂贵的风洞实验经费，石油勘探部门急需超级计算机进行三维地震数据处理。有一个部门租用了外国一台中型计算机，却要由外方控制使用，算什么题目都要交给人家，中国人不得进入主控室。为了研制新一代导弹核武器，必须进行大量的数值计算和模拟来计算核武器的杀伤效能等等数据，显然不能再靠手摇计算机+人海战那么干了。

　　1975年10月和1977年秋，时任国防科工委主任的张爱萍上将先后两次指示国防科技大学计算机研究所对巨型机研制进行调研。在此基础上，国防科工委于1977年11月14日向党中央和中央军委呈交了“关于研制巨型机”的请示报告，党中央和中央军委11月26日就批准了国防科工委的报告。1978年3月，中央军委主席邓小平同志专门听取了关于计算机发展情况的汇报，明确由国防科工委系统承担亿次机研制任务，张爱萍将军为该机命名“银河”。

　　国防科大的前身是1953年创建于哈尔滨的中国人民解放军军事工程学院，1958年“哈军工”研制出我国第一台电子管计算机。由于历史原因，1966年“哈军工”退出军队序列，1970年学院主体南迁长沙，更名长沙工学院，直至1978年才变更为国防科技大学。　　

　　1983年12月4日，是我国计算机技术发展史上永远值得纪念的日子。这一天，我国自行研究与设计的第一台亿次巨型计算机提前一年研制成功，通过鉴定;它的诞生标志着我国计算机技术水平踏上了一个新台阶。

　　1986年年初，国防科技大学计算机系申请研制“银河Ⅱ”10亿次巨型计算机，得到了国务院、中央军委和当时的国防科工委的批复，1992年11月国防科大成功研制出“银河Ⅱ”10亿次巨型机，实现了从向量巨型机到处理并行巨型机的跨越，成为继美国、日本之后，第三个实现10亿次超级计算机的国家。1994年，银河Ⅱ超级计算机在国家气象局投入正式运行，用于天气中期预报。

　　1994年3月，在市场激烈的竞争中，“银河-Ⅲ”正式立项。三年后，1997年6月19日，“银河-III”百亿次巨型计算机系统通过国家技术鉴定，它的研制者还是国防科技大学计算机研究所。从1亿次到百亿次，从多处理并行巨型机到大规模并行处理巨型机的跨越;标志着我国已经掌握了高性能巨型计算机的研制技术，而拥有这一技术的国家屈指可数。2000年由1024个CPU组成的“银河-Ⅳ”超级计算机问世，峰值性能达到每秒1.0647万亿次浮点运算，其各项指标均达到当时国际先进水平，它使我国高端计算机系统的研制水平再上一个新台阶。

　　“银河”系列超级计算机如今广泛应用于天气预报、空气动力实验、工程物理、石油勘探、地震数据处理等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。国家气象中心将“银河”超级计算机用于中期数值天气预报系统，使我国成为世界上少数几个能发布5至7天中期数值天气预报的国家之一。　　

　　2006年9月诞生的“神威Ⅰ”的峰值运算速度为每秒3840亿浮点结果，在国家气象局用于气象数值计算。该机在世界已投入商业运行的前500台高性能计算机中排名第48位，其主要技术指标和性能达到国际先进水平。

　　"神威"系列超级计算机

　　1996年为加强我国高端并行计算机系统的研制，国家并行计算机工程技术中心正式挂牌成立，开始了神威系列大规模并行计算机系统的研制。1999年神威系列机的第一代产品——神威Ⅰ型巨型机落户北京国家气象局，系统峰值为3840亿次浮点运算，该机在实际应用中取得了很好的效果。于此同时，为顺应国际潮流他们还同步开展了神威“新世纪”集群系统的研制。现已成功推出A、P两个系列的“新世纪”集群系统，其中A系列采用Alpha21264处理器，P系列采用Intel Xeon处理器，两款的最大规模均可扩至千余节点。目前该系统已广泛地应用于石油、物探、生物、气象和材料分析等各个领域。

　　上世纪80年代末90年代初，世界计算机领域悄悄地孕育着一场革命，传统的向量机发展受到了限制，大规模并行机悄然问世。金怡濂教授敏锐地洞察到这一新的发展趋势是实现中国计算机跨越发展的一次重要机遇。与此同时，机遇也落到了他的身上，他担任了国家重点工程———“神威”巨型计算机系统的总设计师。

　　金怡濂教授当即提出了一个我国超大规模巨型计算机研制的全新的跨越式的方案。这一方案不仅当时在国内尚无先例，而且把巨型机的峰值运算速度从每秒10亿次跨越到每秒3000亿次以上，跨越了两个数量级。在国家并行计算机工程技术研究中心召开的“神威”机研制方案论证会上，许多人对此方案表示惊讶、怀疑，甚至反对，提出继续搞比较保险的传统机型。金怡濂力排众议：“不挑战就会失去竞争的机会，不突破就没有中国巨型机的崛起。”经过他的精辟分析，与会专家最终通过了他提出的总体方案。实践证明，这是一个具有战略意义的跨越，闯出了一条中国巨型机赶超世界先进水平的发展道路。

　　气象预报是超级计算机最重要的应用领域之一。在神威Ⅰ型机上运行的“集合天气预报系统”采用了32套原始数据，输入计算机进行运算，然后得出32个结果，再运用气象学的知识和统计的规律，在这个结果群里，找出可能性最大的未来天气的情况。以往10天的天气数值预报，在百亿次机上运算大约需要640小时，等预报结果出来时，就已经不是“预报”了。利用“神威”机进行运算，则只需要8小时。　　“神威”机的另一项重要的应用就是石油勘探。要开采石油，必须钻井。打一口井耗资巨大，差不多要几百万甚至上千万，如果选择的钻井地点有偏差，那么投入的人力、财力、物力就会全部浪费，损失巨大。因此提前的精确测算格外重要。

　　在认为可能的地方进行人工爆破，然后搜集爆破后的反应，记录它的反射弧，把这些数据送到计算机上进行处理，地质专家再根据得出的结论分析石油的分布。应用“神威”机后，可以明显提高分析面积和准确程度。

　　“神威”机在石油领域的另一个重要应用是“油藏模拟系统”。类似大庆那样的老油田，油采出来还要注水平以衡压力。现在地下还剩下多少油，也是需要大量的计算。用普通的工作站，可能要算一个月才有结果，而为了提高准确度，一套程序要算好几遍。一次就要一个月，显然达不到要求。用了神威机之后，由一个月变成了一个星期，现在变成了几个小时。

　　"深腾"系列超级计算机

　　90年代末以生产个人电脑和服务器著称的联想集团，也加入了研制高端计算机系统的行列，且一鸣惊人。2002年由该集团研制的运算速度超过每秒万亿次浮点运算的“深腾1800”高端计算机系统在北京中关村诞生。它是我国第一台由企业研制开发的万亿次级计算机产品，标志着国内大型IT企业开始进入高性能计算领域的研究开发。在当年11月公布的全球高性能计算机TOP500排行榜中，“深腾1800”以每秒1.046万亿次浮点运算的实测性能排在第43位，这也是我国企业生产的高端计算机系统首次入围TOP500。此外，该集团还于1999年和2000年分别推出NS10000及NS20000高性能服务器集群系统，同期从事高性能集群系统研究的还有清华大学和上海大学等单位。

　　1999年由清华大学研制的“探索108”大型群集计算机系统及高效能网络并行超级计算机THNPSC-1问世，其最高浮点计算速度达到每秒300亿次;2000年由上海大学研制的集群式高性能计算机系统——自强2000-SUHPCS在上海诞生，其峰值速度为每秒3千亿次浮点运算。

　　中国超级计算机谱系表国防科技大学计算机研究所——“银河”系列

　　银河-Ⅰ　　1983年 运算速度每秒 1 亿次

　　银河-Ⅱ 1994年 运算速度每秒 10 亿次

　　银河-Ⅲ 1997年 运算速度每秒 130 亿次

　　银河-Ⅳ 2000年 运算速度每秒 1万 亿次

　　天河一号 2010年 运算速度每秒 2507万亿次(2010年世界超级计算机排名世界第一)

　　中科院计算技术研究所——“曙光”系列　　曙光一号 1992年 运算速度每秒 6.4 亿次

　　曙光-1000 1995年 运算速度每秒 25 亿次

　　曙光-1000A 1996年 运算速度每秒 40 亿次

　　曙光-2000Ⅰ 1998年 运算速度每秒 200 亿次

　　曙光-2000Ⅱ 1999年 运算速度每秒 1117 亿次

　　曙光-3000 2000年 运算速度每秒 4032 亿次

　　曙光-4000L 2003年 运算速度每秒 4.2 万亿次

　　曙光-4000A 2004年 运算速度每秒 11 万亿次

　　曙光-5000A 2008年 运算速度每秒 230 万亿次

　　曙光-星云 2010年 运算速度每秒 1271 万亿次(世界第三台达到千万亿次的超级计算机)

　　国家并行计算机工程技术中心——“神威”系列

　　神威-Ⅰ 1999年 运算速度每秒 3840 亿次

　　神威3000A 2007年 运算速度每秒 18 万亿次

　　神威蓝光 2010年 运算速度每秒 1100 万亿次 (我国第一台全部采用国产CPU的超级计算机)

　　联想集团——“深腾”系列

　　深腾1800 2002年 运算速度每秒 1 万亿次

　　深腾6800 2003年 运算速度每秒 5.3 万亿次

　　深腾7000 2008年 运算速度每秒 106.5万亿次

　　深腾X 在研 运算速度每秒 1000 万亿次

　　曙光5000百万亿次超级计算机，该系统位居最新公布的全球高性能计算机排名(TOP500)第10位。前9名均为美国研制。目前普通家用电脑的运算速度为每秒20亿次左右，曙光5000百万亿次超级计算机的运算能力相当于10万台个人电脑，共有6000颗CPU与100T海量内存，拥有30720个处理器内核，其理论浮点峰值为每秒260万亿次，采用20GB，延迟小于1.3us的Infiniband高速网络进行互联，采用了WCCS + SuSe Linux 双操作系统。其每天耗电超过1万度，售价约2亿元。　　

　　联想“深腾7000”百万亿次超级计算机，该系统位居最新公布的全球高性能计算机排名(TOP500)第19位，售价超过1亿元人民币。联想“深腾7000”是世界上规模最大的一个结点无盘启动的机群系统，成功实现了基于1428个无盘结点的机群系统。同时，它也是世界上第一个实现了对所有硬件部件统一管理和监控功能的机群系统，实现了对机群系统内数千个计算、互连、存储等硬件部件的统一管理和监控。　　

　　1951年的存储坦克(memory tank)，存储容量20000 bytes。这是史前时代的存储器，容量相当于20K。在计算机诞生初期并不存在内存条的概念，最早的内存是以磁芯的形式排列在线路上，每个磁芯与晶体管理组成的一个双稳态电路作为一比特(bit)的存储器,每一比特都要有玉米粒大小，可以想象,一间的机房只能装下不超过百k字节左右的容量。后来才出线现了焊接在主板上集成内存芯片，以内存芯片的形式为计算机的运算提供直接支持。现在我们使用的内存条，单根容量都在1G以上，是这个家伙的50000倍。　　

　　这是计算机博物馆中重达27公斤，只能够存储5MB容量的硬盘。而现在我们家用电脑使用的硬盘容量，已经达到了1TG，是它的20万倍。这种史前时代的老古董，确实很神奇。人类科技就是在这种匪夷所思的变化中不断前进。　　

 

　　1964年，美国CDC公司推出了业界第一台真正的超级计算机 CDC 6600。其具备了RISC(精简指令集)的一些基本特征。它的运算速度，当时可达到每秒300万次。而现在家用电脑的运算速度，已经超过了每秒50亿次。　　

IBM 1965年推出的System 360大型主机。　　

1976年，美国CRAY公司推出CRAY-1矢量电子计算机，开始了矢量电子计算机的蓬勃发展，其运算速度可达每秒2.5亿次。　　

 

1978年，美国DEC公司推出第一款32位超级计算机 DEC VAX，有高达1MIPS的运算性能，售价200000美元.　　

 

　　1997年的国际象棋人机大战，让战胜世界棋王卡斯帕罗夫(左)的深蓝超级计算机一举成名。深蓝超级计算机的运算能力为每秒2亿次，而现在普通家庭电脑的运算能力超过每秒50亿次，是其25倍。　　

1999年，美国克雷(Cray)公司用于天气分析和仿真的超级电脑 Y-MP，每秒运算达20-40亿次.　　

 

　　日本NEC地球模拟器，基于NEC SX架构，640个节点，每个节点有8个矢量处理器(每个处理器的峰值速度为每秒8 Gflop，周期为2ns，16G共享内存，总共5140个处理器，峰值速度为每秒40万亿次，10TB内存，700TB硬盘空间，16PB海量储存，占地面积=4个网球场，3层楼。曾经是世界最快的超级计算机，现在已经落伍。　　

　　世界第九,欧洲最大超级计算机MareNostrum，它位于西班牙加泰罗尼亚市加泰罗尼亚科技大学(UPC)园区，巴塞罗那超级计算中心(BSC)。它拥有10240颗IBM Power PC 970MB处理器，峰值计算速度能够达到94.21万亿次浮点计算。组成MareNostrum的2560台JS21刀片式计算结点占据了大约半个篮球场(120平米)的面积，由美国IBM公司负责建造。　　

　　美国IBM公司为德国尤里希研究中心(FZJ)打造欧洲首台千万亿次超级计算机，该系统拥有72个机柜，内置294912颗IBM PowerPC 450 850MHz处理器(四路SMP)、144TB内存和6PB硬盘，网络延迟160ns，带宽5.1GB s，总功耗2200KW。

　　IBM为美国能源部打造的Roadrunner超级计算机，位于新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室(美国核武器研发机构)，主要目的是军用。此电脑以新墨西哥州州鸟走鹃(学名：Geococcyx californianus)命名，每秒计算能力超过了一千万亿次，达到了1.026PetaFlops，是目前最强的IBM BlueGene/L(蓝色基因)的两倍还多，它一天能处理的数据，相当于全球60亿人46年不眠不休地运算才能算得完。Roadrunner一共拥有116640颗计算核心，由三种不同的处理器组成，包括12960颗改进版的IBM Cell，以及7000颗AMD Opteron处理器;Cell处理器是Sony PS3上的主要处理器。操作系统使用Red Hat Enterprise Linux 。Roadrunner超级计算机的布线总长达到了91公里，功率为3.9兆瓦，占地约6000平方英尺，机房有四分之三个足球场那么长，总重超过225吨，造价1.33亿美元。　　

　　在美国研发核武器的“三巨头”中，“龙头老大”——洛斯·阿拉莫斯实验室成立最早，实力最强，这里曾研制出世界首枚原子弹。美国“核弹之父”奥本海默曾担任该实验室主任。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室则是美国第二个专门研发核武器的国家实验室，主要负责研发核储存技术，其拥有的大型核材料仓库是全美7处核材料储藏地中最重要的一个。此外，该实验室还有全球闻名的“雷鸣”超级计算机。它的运算能力在全球所有超级计算机中排名第二，能够进行核爆炸的计算机模拟，美国许多核爆模拟试验就是在这台计算机上完成的。桑迪亚国家实验室主要从事核武器系统中非核部分的研发，新型核武器研制中的强粒子束热核聚变也由该实验室负责。

　　冷战时期，“三巨头”下辖10个生产基地和1个核实验场，先后研发、生产了超过3万件核武器和与之相匹配的运载与投放系统，这些核武器足以毁灭地球上百次。

　　在1996年各核大国签署禁止核武器试验条约之后，各国逐步转向用超级计算机和以往的核爆试验数据来模拟核试验，用来研制新型的第四代核武器，所以世界上最快的超级计算机多数为军用，我国也不例外。

　　在2008年11月评选的超级计算机500强榜单中：

　　德国最快的超级计算机是美国IBM的“蓝色基因”，理论峰值速度223万亿次每秒。用于FZJ研究中心，排名11位。

　　印度最快的超级计算机是美国惠普的EKA3000BL460C，理论峰值速度172万亿次每秒，用于塔塔公司，排名13位。

　　法国最快的超级计算机是美国SGI的ALTIX ICE 8200EX,理论峰值速度146万亿次每秒，用于GENCI-CINES,排名14位。

　　英国最快的超级计算机是美国IBM的POWER 575,理论峰值速度126万亿次每秒，用于ECMWF,排名21位。

　　日本最快的超级计算机是由美国Cray(日本)公司为日本筑波大学、东京大学和京都大学制造的T2K开放式超级计算机系统，采用的是3808颗美国AMD四核皓龙™处理器，峰值速度113万亿次每秒，排名世界超级计算机500强的27位。日本NEC的地球模拟器已经落到了73位，峰值速度才41万亿次每秒，是联想深腾7000的四分之一。

　　俄罗斯最快的超级计算机是美国惠普的MVS-100K,理论峰值速度95万亿次每秒，用于联合超级计算中心,排名35位。

　　世界各大国里面只有美国、中国是自己制造的百万亿次超级计算机，由于美国严格的高技术禁运政策，如果不是我们自己能研制出来，那么我国现在最快的超级计算机，也就是从IBM买来的25万亿次每秒的淘汰产品。

 

2009年6月15日，国内首台百万亿次超级计算机 “魔方”，在上海正式启用。　

 

　　2009年10月29日，中国第一台千万亿次超级计算机——天河一号，在湖南长沙亮相。“天河一号”由140个机柜组成，每个机柜1.45米宽、1.2米深、2米高，排成13排，这个方阵占地约700平方米，总重量约160吨。2010年11月16日，在国际超级计算机TOP500组织正式发布第36届世界超级计算机500强排行榜上，中国研制的“天河一号”超级计算机，以峰值速度4700万亿次、持续速度2566万亿次每秒浮点运算的优异性能，位居世界第一。比排名第二的美国“美洲虎”超级计算机快了1000万亿次。　　

 

　　天河一号千万亿次超级计算机，运算1小时的工作量，相当于全国13亿人同时计算340年;运算1天，相当于1台双核的高档桌面电脑运算620年;总的存储容量能够容纳1千万亿个汉字，相当于1个存储10亿册100万字书籍的巨大图书馆。目前，“天河一号”已在石油勘探、高端装备研制、生物医药、动漫设计工程设计与仿真分析、气象预报、遥感数据处理等方面获得成功应用。这台巨型计算机，每小时耗电4040度，日耗电近10万度，这在世界超级计算机家族中，已经算是比较节能的“绿色电老虎”了。　　

 

　　天河一号千万亿次超级计算机中，安装有2048颗国防科技大学研制的飞腾1000(FT-1000)流处理器芯片。飞腾1000(FT-1000)为64位8核处理器，采用GPGPU架构，65纳米工艺，3.5亿个晶体管，主频达到1GHz，可实现64线程并行运算。　　

　　“星云”千万亿次超级计算机位于深圳国家超级计算机中心，由曙光公司的曙光TC3600刀片系统集群组成，最大浮点性能为1271万亿次每秒，是世界第三台实现双精度浮点计算超千万亿次的超级计算机。2010年5月，在德国汉堡举行的2010年国际超级计算大会上，TOP500.org组织公布了第35届全球超级计算机五百强排行榜，中国曙光公司研制的“星云”千万亿次超级计算机，排名世界第二。当时世界最快的超级计算机，是位于美国田纳西州橡树岭国家实验室的“Cray Jaguar”，主要用于模拟核试验，去年11月它的峰值速度是每秒1750万亿次。在上榜计算机总数上，中国此次共有24套超级计算机上榜，与德国持平，位列美国(282)、英国(38)、法国(29)之后，另外中国香港也有一套系统入围，中国台湾则已从榜上消失。　　

　　神威蓝光千万亿次超级计算机采用的申威1600型16核64位CPU处理器，是由无锡江南计算技术研究所研制的第三代处理器，2010年8月完成，采用Alpha RISC架构，主频1.1G，功耗35-70瓦，65纳米代工工艺，峰值运算速度达每秒1408亿次。运算速度高于日本富士通研制的SPARC64 VIIIfx处理器，和美国英特尔酷睿i7 980XE。