概述

超级计算机是指信息处理能力比个人计算机快一到两个数量级以上的计算机，它在密集计算、海量数据处理等领域发挥着举足轻重的作用。作为高性能计算技术产品的超级计算机，又称巨型机，是与高性能计算机或高端计算机相对应的概念^[1]。

起源及发展

目前，在世界排名前10位的超级计算机中，美国有7台，但首位却是日本的“地球模拟器”，是2002年由日本电气公司开发成功的，运算速度为35.86万亿次/s，曾长时间保持世界超级计算机运算速度的最快记录。

为此美国能源部和IBM等公司合作，于2004年9月开发成功了运算速度为36.1万亿次/s的“蓝色基因”超级计算机，超过了“地球模拟器”。日本于2004年10月20日宣布，日本电气公司开发成功了世界上运算速度最快的“sx一8”超级计算机，运算速度可达58万亿次/s，由512台计算机连接在一起，搭载有日本电气公司开发的科学计算专用的中央处理器^[2]。

2004年11月8日举行的“2004年超级计算机会议”上，IBM公司重返全球超级计算机500强榜首，研发的“蓝色基因”，被评为运算速度最快的超级计算机，其运算速度达70.72万亿次/s。IBM进而预言，几年之后，将能获得运算速度达1000万亿次／s的超级计算机。雄心勃勃的日本电气公司、东芝公司和日立制作所三家联合抛出了一个具体计划，于2010年开发出运算速度达1000万亿次/s以上的超级计算机，并且由日本东京大学牵头联合有关单位，计划研制运行速度达2000万亿次／s的超级计算机“GRAPE—DR”^[3]。

由于超级计算机可广泛应用于国防、气象、医学等许多领域，在信息化建设高速推进的今天，世界军事大国近年来高度关注超级计算机的研究、开发，特别是对运算速度最快的超级计算机的名次排位争夺非常激烈，尤其是日、美两国之间的争夺日益公开化、白热化。

美国在建造超级计算机方面处于世界领先地位，世界超级计算机500强中有90％由美国厂商制造。有46％正在为美国的科研生产服务。

2004年9月25日，日本国立天文台出台一项雄心勃勃的天文研究计划，要利用超级计算机模拟银河系从诞生演变至今的整个过程，目的是揭开宇宙中存在的众多星系之谜，探索银河在宇宙诞生初期先由气体和尘埃生成星体，星体聚集而成无数小星系，然后小星系又合并成银河系的整个摸拟过程，完成整个计划需要5年时间。

目前的互联网仅允许用户共享“数据”，只是把计算机彼此联系起来，无法共享计算机“资源”，而网格技术则是要把计算机、网络、数据库、仪器、设备等都连接起来，实现真正的“资源共享”，这一计算机就是超级计算机。美国、日本都有把高速超级计算机应用到网络计算技术中的计划，如美国国防部利用高速超级计算机加快研制的“全球信息网格”(GIG)计划，是一个庞大的网格计划，作为一个全球联通的网络系统，链接了各种过程并收集、处理、存储、发布及管理信息，以满足战场决策者和支持人员的作战需求。具体来讲，只要经过适当授权，允许任何人或任何设备，从任何地点，在任何时间轻而易举地获取海量信息，这一系统预计在2020年完成。

在中国，自有品牌超级计算机已有14台进人TOPSO0，实际上国内性能超过1万亿次／s的超级计算机(服务器)已超过20台，国内服务器领先厂商浪潮对参加TOPS00排名并不感兴趣，如浪潮在山东大学部署的天棱TS10000运算速度就达到了4万亿次/s，但没有参加TOPSOO的评选，而是把主要精力放在商业计算方面。曙光公司在参加TOPSO0测试期间，仅电费每天就要交纳1万元人民币，而TOPSOO属非营利性的，对曙光没什么经济效能，若再参加多种应用软件的测试。公司就要损失更多的人民币，该公司表示今后不再参加TOPSOO的测试工作。曙光超级计算机将逐步采用国产龙芯CPU，这样就会大幅度地降低高端计算机的成本。国内做高性能计算机的公司有3个“种子选手”——曙光、联想和浪潮，这3家公司完全有能力做到运算速度为40万亿次／s的超级计算机，但关键就是找不到需求。目前高性能计算机市场中，曙光高性能计算机销量已超过1400套(台)，应用是国内最广泛的；联想进入高性能市场比较晚，是从2001年起进入，2003年联想共销售出“深腾1800”系列50余套，“深腾2600”系列仅半年就销售40余套，而推出不久的“深腾6800”系列也销售出几十套；浪潮在高性能计算机方面，原来技术较弱，通过与大专院校的合作，发展较快，产品销售量仅次于曙光和联想。

中国香港家电业巨头蚬壳电器工业集团公司成功收购了美国著名超级刀片计算机研发生产商的全部资产与专利技术，成立了星盈科技有限公司，并迁到深圳福田保税区，目前第一代星盈超级刀片计算机已于2001年在香港投入使用，第二代星盈超级刀片计算机也于2002年在广州投入使用。第三代星盈超级刀片计算机于2004年10月23日由深圳蚬壳星盈科技有限公司研发成功，其平均运算能力可达50万亿次／s，理论运算能力达到55万亿次／s一100万亿次／s。

中国拥有星盈超级刀片计算机核心技术完全自主的知识产权，这将大大推动中国在超级计算机研发应用领域进入世界前列，进而从根本上改变中国超级计算机主要依靠外国供应，其零部件和组件的更新也受制于外国的状态，这为现代化通讯系统和重要部门的信息安全起到了重要作用。蚬壳星盈超级刀片计算机是由著名华裔科学家、美国两院院士陈世卿博士采用“刀片”式设计，每个形状酷似刀片的零件就是一个独立的运算服务器，可无限扩展，通过单一操作系统的管理和控制，一个个刀片实现实时并行协同工作，并可根据应用需要随时增减。而且星盈超级刀片计算机，能实现存储与运算的真正分离，确保了用户数据在内存中或CPU更新时不受任何影响，如用户拥有120张“刀片”，拿60张“刀片”处理地震数据，另60张“刀片”处理航天器设计，两者同时运作，互不干扰，同时亮出结果。由此可见，超级刀片计算机弥补了中国没有自己民族品牌的超级计算机缺憾，借助于超级刀片计算机作为提供信息服务的强大引擎或平台，而大力培养系统设计和应用软件开发人才，为今后开发更快、更先进的超级刀片计算机奠定了基础^[4]。

引擎动力

在大数据和移动互联网发展迅猛的当今时代，现代传媒行业的传播技术、传播手段、传播渠道等传播体系也发生了本质性的改变，而超算则是未来超级传播的引擎动力。筛选过载的信息资源中的价值点，利用广度和深度的选题研判支持媒体决策，在海量资源中通过提供知识服务来辅助媒体创作更有价值的原创内容，量化传播数据以实现内容播发全流程闭环，帮助媒体重建与用户之间的关系连接，让内容创作与用户个性化需求之间建立匹配等，都可以直接或者间接地依靠超算来推动。

未来，搭载超算的智能传播平台是媒体转型探索的重要实践组成，也是媒体融合的技术驱动平台。基于超算和大数据的智能传播平台的建设，将带动传统媒体与新媒体融合发展、互联网媒体服务行业等一批战略性现代服务产业同步发展。平台通过创新体制机制，以大数据为要素、发挥信息技术助推器的作用，推动媒体全方位地做大、做强，形成探索现代服务业快速发展的新抓手，积极推动了传统媒体与新兴媒体在内容、渠道、平台、经营、管理等方面的深度融合，拓展传播渠道与影响力。

( 一)超算推动智能传播发展

超算能够深度推进时下风头正劲的人工智能改革。在这一过程中，科学家和计算机工程师将任务分解成多个抽象层次去处理，不同的层次间又相互叠加，即本层的输出是高一层的输入，同时还要完成层与层之间的监督和调度，这种海量信息处理如果没有超算的协助，是不可能完成的。随着人工智能技术的飞速发展，超算与人工智能的结合将是全方位的。

例如，智能交通传播方面，预计无人驾驶汽车将于2020年在中美等大国被广泛使用。2017年10月，美国的英伟达公司推出了专门针对Leve15无人驾驶的超算Pegasus(神马) ，Pegasus每秒可完成320万亿次浮点计算，功耗为500瓦。这台超算虽只有车牌大小，但其AI 性能可以抵得上100台数据服务器，也可以对比人脑的计算能力，英伟达公司由此成为首个提供完整Level4/Level5自动驾驶堆栈的厂商。同时，谷歌、特斯拉、百度、英特尔、高通等业界领先的厂商也在抓紧研制针对更高等级无人驾驶的超算。

国家的政府部门将来可能会依赖于人工智能技术来探测和预测犯罪。后台搭载超算的无人机将能自动处理录像，使快速发现异常行为成为可能，通过预测犯罪时间和犯罪地点，来让执法部门在最合适的时间迅速采取行动，同时也可以监控可能存在的警察暴力执法或其它不当行为。

无人机与超算的结合，将使维护公共安全的智能系统更加完善。对于智能机器人传播而言，预计在未来的15年里，不论是在家用还是服务业中，机器人将变得更加普及，机器人可以运送包裹，也可以打扫办公室或做家庭清洁工作等。移动芯片制造商已在尝试将超算的算力压缩到机器人芯片上，这无疑将极大提升机器人的计算能力，从而带动机器人学习和感知能力的发展，加速机器人与人类的互动。如今还属于实验室的机器人手臂，到2025年左右很可能将演变成电子设备消费品。

( 二) 超算支撑物联网传播实现

物联网是人与物、物与物的连接。物联网的本质还是互联网，只不过终端不再是计算机(PC、服务器)，而是嵌入式计算机系统及其配套的传感器。这是计算机科技发展的必然结果，为人类服务的计算机已呈现出各种形态，如穿戴设备、家庭环境监控设备、虚拟现实装备、空气净化器产品等。只要有硬件或产品连网上，发生数据交互，就称为物联网。总而言之，物联网的核心一是传感器，二是物联网连接的网络技术，三是应用。但就物联网的发展来说，最终还是要通过计算将其变成可用的信息，因而可以说物联网是由传感器、网络、计算能力组成的基于互联网的无数种应用。

传感器可以被安置在太空、海洋、沙漠、森林、城市等全球任何角落，形成互联网虚拟感觉系统，这些传感器能够源源不断地向互联网虚拟的大脑中枢传送世界各个方面的“神经信号”和感觉信息，把感应器嵌入和装备到电网、铁路、公路、桥梁、隧道、供水系统、大坝、油气管道、建筑物等设施中去，并将其普遍连接、形成一张物联网，而要将这样巨大的“物联网”与互联网整合起来，必须通过超算强大的数据处理能力才能实现。可以说，物联网想要突破技术上的瓶颈，迎来类似当初互联网那样的爆发式发展，借助超算对海量信息的计算能力是必不可少的，超算可以真正使物理系统与人类社会整合起来，使物联网能够面向大众，服务大众市场，解决当前的需求性问题。而这将有能是又一场人类的信息技术革命。

(三)超算推动气象传播、安全传播变革

借助超算预测气候变化，可以减轻气候变化给国民带来的风险。超算可以用于模拟空气、水质污染，模拟地震等自然灾害，极大地提升气象传播的准确率、预测时长，对气象传播产生革命性的变革。

目前对于火山、地震、海啸等强灾害性气象预测，世界尚未形成有效的模型。其根本在于数据收集、模型建立、模型训练等环节的基础数据与计算环节。随着超级计算的发展、气象数据的积累，气象传播的时效性、准确性都将极大地提升。此外，针对本地和国家基础设施进行的恐怖主义活动，甚至可以对大量人口的行为进行模拟，国家和政府可以通过这种模拟试验，监控和预防污染和灾难，并针对恐怖主义及犯罪活动采取更完备的应对措施，以此最大程度地保障居民人身与财产安全，减少国家经济损失。

(四)超算实现宇宙传播创新

未来的世界是大宇宙化发展的世界，人类探索的视野和步伐必将从地球迈向太阳系、银河系，乃至整个宇宙。而在宇宙探索中，通信传播的基础更是要依靠超级计算机。通过中心化的超级计算机系统，各个宇宙航天器和探索装置可以与地球实现直接传播; 通过分布式超级计算机，各个宇宙航天器之间可以直接相互定位发送量子信号，在宇宙间实现量子化的宇宙传播。宇宙传播必将打破时间、空间的壁垒，将宇宙各处的信息收集汇总，进行分析，为人类保护地球、迈向宇宙、开发其他星球奠定超级计算和传播技术的基础。

影响

除了军事和科技用途，超算也可成为支撑生产资源分配，提升经济发展效率，改善国民生活质量的重要一环。当前，由于超算的算力对于人类社会的影响越来越深，拥有足够强大的算力，对整体社会的发展脉络更能有效控制，让国家能够更有效率地管理与发展，让人民生活更加幸福。

( 一)支撑移动快捷支付全覆盖

经济发展对金融服务的要求就是“快”和“准”，比如国民普遍使用的移动扫码支付，要求顾客付款后，金额要在很短的时间内到账或记账，且不能出错，这种情况下，如果没有超算的支撑是不可能实现的。

近年来中国能后来居上，成为移动支付第一大国，超算在背后发挥着巨大作用。目前，众多实体店，包括超市、餐厅、便利店、咖啡店等在技术上，早已实现无排队结账，甚至如2017年7 月阿里巴巴公司落户杭州的无人超市“淘咖啡”，顾客只需带上移动终端设备———手机，进店选商品，手机支付，拿货走人，全程无需任何管理人员或店员在场。移动快捷支付体系的发达带动了用户市场的迅速拓展，极大提升了国民经济与生活的效率。

( 二) 实现交通运输网络化

一方面，覆盖我们全国的铁路、公路、航空、船运交通网络，对其运力的监测、调度和分配，都必须依靠超算的强大算力才能实现。另一方面，超算还可用来研究和改进汽车、飞机或轮船等交通工具的空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性，帮助提高乘坐者舒适度、减少噪音等，所有这些都具有潜在的经济和安全收益。并且，当需要做精细化的高铁模型进行仿真试验，研究铁路轨道结构、地基，临近建筑物的响应等的时候，也需要借助超算来完成。另外，传统交通运输系统向智能交通系统转化过渡的速度正在加快，不仅是高铁动车、家用汽车、货运卡车，甚至飞机、轮船都有可能实现无人驾驶，在不远的未来，当无人驾驶成为社会普遍需求时，其所需要借助的庞大算力，更离不开强大的超算的支持。

( 三) 实现生产力与生产安全社会化

当一国的所有资源禀赋(包括人力)、需求、供给都可以被精确计算，并用适当冗余覆盖的时候，国家将会爆发出极为惊人的巨大生产力，唯有超算能够满足这样的要求。通过超算的模拟，国家可以制定相对最合理适配的经济政策与制度，并及时根据超算对市场供需的计算，对宏观生产做出调控与指导。面对金融体系的科技化、网络化以及区块链化趋势，我们也需要超算庞大的算力在背后推动。虽然目前通过超算还难以预测经济走势，但超算已可以为中国经济的持续、快速发展提供保障^[5]。

未来发展

20世纪60年代，中国的航天科技人员为第一颗人造卫星早日上天而日夜奋战时，重要的任务之一就是计算卫星在太空中运行的轨道。

《纽约时报》用一个直观的标题这样展示Summit的超级运算能力:你需要63亿年才能完成这部超算一秒钟就可以做的事。但新出炉的榜单突显出中国建造超级计算机的速度远超美国。榜单显示，中国政府及企业建造的超级计算机占41.2%，较去年底的比重增加了0.8%，制造速度超越美国，美国则是再度衰退，仅剩24.8%。这意味着，500台超级计算机中，中国企业和政府制造的超级计算机占206台，成为最高产的超级计算机制造国。上榜的超级计算机中124台由美国企业和政府设计与制造。

为加快布局下一代超算，中国将E级超算写入了“十三五”规划。2018年7月22日，中国“天河三号”成为全球首个通过课题验收的E级超算的原型机，8月5日，“神威”E级超算原型机成为全球第二个成功完成技术研发的E级计算机。“天河三号”目前已处于工程化制造阶段，预计在2020年和“神威”E级超算同时完工。

“天河三号”和“神威”E级超算的运算速度预计将超过百亿亿次，这就意味着，美国超算最多只能在世界第一的宝座占据两年，就会再次被中国新一代超算以10倍于美国Summit 的速度赶超^[6]。

且不论超算的民用与商用地位，只从国家层面看，当下各国的战略性武器研究已进入超高音速、复杂弹道的阶段，中美等大国纷纷投入庞大预算，研制最先进、最尖端的战斗机和无人机，这些战略性武器的设计难度更大，算法极为复杂。同时，各国由于条件所限，都不可能对此通过海量测试，进行数据收集和分析，因而这些大量的试验需要通过超算来模拟分析和修正。

中国在军事领域之所以能够快速分析海量的侦察卫星图片信息，模拟核武器的爆炸，分析复杂的风洞数据，且短时间内在战斗机的气动设计、超高音速飞行器的研发以及乘波体飞行器的设计等方面企及并赶超世界一流军事水平，是和中国拥有全球顶尖的超算密不可分的。可以说，国际竞争格局中，哪个国家的超算更新型、更强大，在未来军事的发展上就越容易占得先机，且超算可以使战略性武器的研发周期进一步缩短。从当前情况看，中国在这种国际竞争中是具备一定优势的。

TOP500发起人、橡树岭国家实验室及田纳西大学Jack Dongarra 教授在江西南昌举办的ASC 会议期间说:“不是我们要造下一代计算机，而是科学家提出了更困难的挑战，更难的问题(需要这样的计算机)，E级的计算机只是我们发展中间跨越的一个障碍物，以后还会有更高量级的计算机出现。”在传统的超算领域取得巨大收获的同时，中国已逐步在战略规划上倾向量子计算机，后者的运算能力是现有的超算无法比拟的。

2017年5月3日，中国科学院对外举行新闻发布会，宣布世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生。这标志着中国已经布局量子计算机领域，而美国政府似乎仍在纠结20亿亿次的运算速度。中国超算更为重要长远的任务，也许是整条生态链和产业链的建设。业内人士认为，单纯从超算而言，无论是硬件系统，还是部分领域的软件应用，中国都已有与美日比肩的突破性成果。但要能够对超算背后的诸多产业都能形成一个正面的反馈，还需较长时间。例如，基于超算的天气及气候预测、工业设计和仿真、新材料的制备、新药研发等，任何一个行业与超算硬件及软件的融合，都能产生巨大的产业提升。算上两三个月。以往“土法炼钢”，或分头进击的方式已无效率可言。

中国真正开始发展超算是在约十年前，虽然起步较晚，但发展速度极为迅速。中国超算的研发最初是吸收外国技术，之后逐步产生自身的技术。在超级计算机界，每隔一段时间就要筛选出全球计算能力最强的500台超算，发布到一个被称为TOP500的排行榜中。2001年前，TOP500中没有一台中国超算，仅仅9年之后，部署在天津的“天河一号A”超算以0.2566亿亿次/秒的实测浮点运算能力夺得TOP500第一的宝座。