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一個畢業(yè)于北京大學數(shù)學力學系，在中國科學院計算所、計算中心和網(wǎng)絡(luò)中心工作過，在澳大利亞科工組織DMS、香港浸會學院數(shù)學系和中國21世紀議程管理中心等處工作過，多次獲國家和中科院科技獎并享受政府特殊津貼的退休老頭。現(xiàn)在在【中國科普博覽】網(wǎng)“科學新語林”欄目里開設(shè)一個《數(shù)學與計算機》的個人專欄，愿和愛好數(shù)學與計算機的各界網(wǎng)友和青少年朋友，談?wù)剬?shù)學與計算機的看法、想法。
發(fā)展神速的巨型計算機
張建中
2012年04月05日
一、巨型計算機
巨型計算機是一個動態(tài)概念，其標準和水平隨技術(shù)的發(fā)展不斷提高。一個時期內(nèi)的巨型機到下一時期可能成為一般的計算機；一個時期內(nèi)的巨型機技術(shù)到下一時期可能成為一般的計算機技術(shù)。
巨型計算機是電子計算機的一個重要發(fā)展方向。它的研制水平標志著一個國家的科學技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的水平，體現(xiàn)著國家經(jīng)濟發(fā)展的實力。一些發(fā)達國家正在投入大量資金和人力、物力，研制運算速度達數(shù)十億億次的巨型計算機。？
二、巨型計算機發(fā)展？
巨型計算機研制始于20世紀70年代，最初用于科學和工程計算，在政府部門和國防科技領(lǐng)域曾得到廣泛的應(yīng)用。自20世紀90年代中期以來，巨型機的應(yīng)用領(lǐng)域開始得到擴展，從傳統(tǒng)的科學和工程計算延伸到事務(wù)處理、商業(yè)自動化等領(lǐng)域。對巨型機的研究也有了新的發(fā)展，無論是系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，還是處理器芯片都有了新的進步。在我國，巨型機的研發(fā)也取得了很大的成績，推出了“神威”、“銀河”和“曙光”等代表國內(nèi)最高水平的巨型機系統(tǒng)，并在國民經(jīng)濟的關(guān)鍵領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
在巨型計算機技術(shù)發(fā)展的過程中，提高其性能的主要途徑是通過改進體系結(jié)構(gòu)、電路工藝和軟件技術(shù)等實現(xiàn)的。
處理器作為巨型機系統(tǒng)中的主要部件獲得了最快速的發(fā)展，加工工藝大約每三年出現(xiàn)一個技術(shù)代，集成度和時頻每兩年翻一番，性能每五年提高一個數(shù)量級。目前，巨型計算機大部分采用商品化的高性能微處理器，小部分采用定制處理器。？？
巨型機主機由高速運算部件和大容量快速主存貯器構(gòu)成。由于巨型機加工數(shù)據(jù)的吞吐量很大，只有主存是不夠的，一般有半導體快速擴充存貯器和海量（磁盤）存貯子系統(tǒng)來支持。對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的用戶，常需大型聯(lián)機磁帶子系統(tǒng)或光盤子系統(tǒng)作為大量信息數(shù)據(jù)進／出的媒介。巨型機主機一般不直接管理慢速的輸入／輸出（I／O）設(shè)備，而是通過I／O接口通道聯(lián)結(jié)前端機，由前端機做I／O的工作，包括用戶程序和數(shù)據(jù)的準備、運算結(jié)果的打印與繪圖輸出等。前端機一般用小型機。I／O的另一種途徑是通過網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)上的用戶借助其前端機（微機、工作站、小型機等）通過網(wǎng)來使用巨型機。？？？
四、巨型計算機的關(guān)鍵技術(shù)？
并行處理是巨型機技術(shù)的基礎(chǔ)。為提高系統(tǒng)性能，現(xiàn)代巨型機都在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件、軟件、工藝和電路等方面采取各種支持并行處理的技術(shù)。
數(shù)據(jù)類型 為便于高速并行處理， 中央處理器的數(shù)據(jù)類型除傳統(tǒng)的各類標量外，都增加了向量或數(shù)組類型。？
硬件結(jié)構(gòu) ？現(xiàn)代巨型機硬件大多采用流水線、多功能部件、陣列結(jié)構(gòu)或多處理機等各種技術(shù)。？
向量寄存器？ 為降低存儲流量和頻帶寬度的要求，并解決短向量運算速度低的問題，第二階段的巨型機采取了向量寄存器技術(shù)。？
標量運算 標量運算速度對巨型機系統(tǒng)綜合速度的影響極大。為此，除增設(shè)標量寄存器、標量后援寄存器或標量高速緩沖存儲器以及采用先進的標量控制技術(shù)外，還可采用專作標量運算的功能部件和標量處理機等技術(shù)
主存儲器 為進行復雜系統(tǒng)的三維處理，要求主存儲器能容納龐大的數(shù)據(jù)量。？
輸入輸出通道 巨型機不但配有數(shù)量較多的輸入輸出通道，而且具有較高的通道傳輸率。
固態(tài)海量存儲器 為適應(yīng)特大計算問題的大量數(shù)據(jù)在主存儲器和外存儲器之間的頻繁調(diào)度，新型的巨型機采用固態(tài)海量存儲器作為超高速外存儲器。？
大規(guī)模集成電路 巨型機的邏輯電路都采用超高電路。？
并行算法和軟件技術(shù) 為充分發(fā)揮巨型機的系統(tǒng)性能，必須研究各種并行算法并研制并行化的軟件系統(tǒng)。針對特大型科學計算的特點，巨型機通常配置如下軟件：具有多重處理能力的批處理分布式操作系統(tǒng)、高效的匯編語言、向量FORTRAN或PASCAL、ADA語言和向量識別器、并行化標準子程序庫、科學子程序庫和應(yīng)用程序庫、系統(tǒng)實用程序、診斷程序等。？？？
五、巨型計算機應(yīng)用？
巨型計算機實際上是一個巨大的計算機系統(tǒng)，主要用來承擔重大的科學研究、國防尖端技術(shù)和國民經(jīng)濟領(lǐng)域的大型計算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)，如大范圍天氣預報，整理衛(wèi)星照片，原子核物理的探索，研究洲際導彈、宇宙飛船，制定國民經(jīng)濟的發(fā)展計劃等，綜合考慮各種各樣的因素，只能依靠巨型計算機才能順利完成。？
現(xiàn)代的巨型計算機，是強有力的模擬和計算工具，對國民經(jīng)濟和國防建設(shè)具有特別重要的價值，承擔的一些重大應(yīng)用項目，按計算類別大致可分為：？
科學工程計算？？？ 大范圍天氣預報、流體湍流分析、海洋環(huán)境與污染分析，衛(wèi)星照片整理，原子核物理探索及核試驗模擬，洲際導彈、航天器、飛機、汽車的輔助設(shè)計和模擬，基礎(chǔ)科學研究中的理論計算，如藥物分子設(shè)計、DNA蛋白質(zhì)的整體電子結(jié)構(gòu)分析、視學科學、認知科學等；？
事務(wù)處理？？？ 聯(lián)機事務(wù)處理和分析，數(shù)據(jù)倉庫和決策支持等，特別是制定國民經(jīng)濟的發(fā)展計劃，項目繁多，時間性強，要綜合考慮各種各樣的因素，依靠巨型計算機才能順利地完成；？
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器？？？ 如Internet服務(wù)器，多媒體服務(wù)器和文件服務(wù)器等。？
據(jù)統(tǒng)計，計算機的性能與使用價值的平方成正比，即所謂平方律。按照這一統(tǒng)計規(guī)律，計算機性能越高，相對價格越便宜。因此，隨著大型科學工程對計算機性能要求的日益提高，超高性能的巨型計算機將獲得越來越大的經(jīng)濟效益。？
六、巨型計算機的衡量指標？
近期，巨型機群系統(tǒng)的主要性能指標有峰值速度、實測速度和運行效率等。計算速度一般以計算機系統(tǒng)“每秒執(zhí)行的浮點運算次數(shù)”(Floating point Operations Per Second，Flops)為單位，并定義了擴展單位MFlops(百萬次浮點運算每秒)、GFlops(十億次浮點運算每秒)、TFlops(萬億次浮點運算每秒)和PFlops(千萬億次浮點運算每秒)等。？？
峰值速度：峰值速度通過計算得出，故也稱理論峰值速度，其計算公式為：理論峰值速度(億次)=節(jié)點機每個CPU主頻(MHz) CPU每個時鐘周期執(zhí)行浮點運算的次數(shù) CPU總數(shù)目/108。例如，“天河一號”的峰值速度為1206萬億次每秒(TFlops)或1.206千萬億次每秒(PFlops)。？？
實測速度：用評測軟件對機群系統(tǒng)計算速度的實際測試值。目前國際上通用的巨型計算機或高性能計算機評測軟件是《Linpack》——這是一套采用求解線性方程組和特征值問題的方法來綜合評價巨型計算機浮點運算性能的基準測試軟件。實測速度能更客觀地反映系統(tǒng)的實際計算性能，對用戶而言，實測速度比峰值速度更有意義。？？
運行效率：一般是指巨型計算機實測速度與峰值速度的比率。運行效率越高，表明系統(tǒng)具有的處理資源等經(jīng)過合理的系統(tǒng)設(shè)計得到了更有效的發(fā)揮。相對于由處理器數(shù)量和性能決定的理論峰值速度而言，運行效率顯然是一個能夠更全面、科學地反映巨型計算機性能和技術(shù)先進性的指標。？
七、2012年巨型計算機展望？
2012年初，有關(guān)媒體和單位對2012年巨型計算機的發(fā)展進行了如下展望：？
到2012年底，世界上最強大的10臺巨型計算機將有望達到10Pflops以上。目前，日本的K系統(tǒng)是唯一一臺性能超過10Pflops的巨型計算機。今年，10Pflops以上的系統(tǒng)將會陸續(xù)涌現(xiàn)，如美國國家巨型計算中心的“藍水（Blue Waters）”系統(tǒng)、美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的“紅杉（Sequoia）”系統(tǒng)、美國橡樹嶺國家實驗室“泰坦（Titan）”系統(tǒng)、美國阿貢國家實驗室的“米拉（Mira）”系統(tǒng)和美國德克薩斯先進計算中心的“蜂擁（Stampede）”系統(tǒng)等，所有這些系統(tǒng)都計劃在2012年下半年制造完成。據(jù)報道，美國IBM公司近日開始向美國能源部國家核安全管理局（NNSA）交付“紅杉”巨型計算機系統(tǒng)，目前已經(jīng)交付了第一批共4個機柜，整機的組裝將在2012年9月NNSA完全接收之后進行。屆時，“紅杉”系統(tǒng)將成為全球最高性能的巨型計算機，是目前最快的日本“K系統(tǒng)”的2倍；美國Cray公司向美國國家超級計算中心（NCSA）交付了“藍水”超級計算機系統(tǒng)的第一批共48臺機柜；美國SGI公司近日宣布，將為法國Total公司制造一臺計算能力為2.3Pflops的超級計算機系統(tǒng)等。
以上提及的系統(tǒng)都是美國制造的，但如果年底前我國出現(xiàn)一臺或兩臺超過10Pflops的系統(tǒng)也并非不可能。但美國擁有如此多的超10Pflops系統(tǒng)，勢必將重塑美國巨型計算界的霸主地位。
2012年，我國將繼續(xù)增加其巨型計算機的保有量。到11月，我國可能會在TOP500巨型計算機排行榜中占據(jù)100個以上的席位。而另一方面，歐洲的份額則有可能在2012繼續(xù)萎縮，除非政府能重振金融業(yè)。
2011年底，俄羅斯T-platforms公司與俄羅斯莫斯科國立大學簽署了一份建造10Pflops巨型計算機的協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，T-Platforms公司將開發(fā)整個計算系統(tǒng)，包括必要的巨型計算機和工程基礎(chǔ)設(shè)施，以確保不間斷作業(yè)的處理?？梢钥闯?，俄羅斯正在試圖追趕美國、中國、日本、歐洲，躋身百億億次巨型計算機大國行列。
科學家預計，未來10年左右的時間，世界上將研制出運算速度超過每秒百億億次E級別的巨型計算機。這個速度是目前世界上最快計算機的1000倍。一些重大的科學研究，例如氣候預報和災害性天氣預報以及飛行器的空氣動力學計算等，都需要這個量級的計算機。？
巨型計算機性能的發(fā)展遵循千倍定律，即每隔10年性能就會提高1000倍，而實際上發(fā)展的速度可能更快。如果只使用當前的技術(shù)是無法研制出百億億次E級別的計算機。10的18次方E級別的計算機，芯片之間應(yīng)采用光互連，而研制10的21次方Z級別的計算機，那更是多年后的事情，目前的半導體技術(shù)還不能支撐，或許會采用納米電子技術(shù)或量子計算技術(shù)。？
人類對于高性能計算機的需求是無止境的。這其中每一個臺階都需要從基礎(chǔ)理論到實踐技術(shù)以及應(yīng)用技術(shù)的重大創(chuàng)新和跨越。未來巨型計算機發(fā)展中，混合的架構(gòu)將成為主流。但這種混合架構(gòu)的計算機編程十分復雜困難，需開發(fā)更多的軟件。
未來巨型計算研制中，峰值速度其實只是性能的一個方面，可靠性、易用性、互聯(lián)通信、能耗等問題將更加突出。百億億次計算機需要數(shù)百萬甚至上千萬個CPU，可靠性將成為最令人頭疼的問題，有效的降低能耗措施，也是一個急待解決的問題。？
附注：巨型計算機速度以每秒的浮點運算次數(shù)"FLOPS"作為度量單位。 常見的表示計算機中的數(shù)量或速度用的單位英漢對照如下：？？
1K=210=1,024≒103
1M=220=1,0242=1,048,576≒106？ (mega)百萬數(shù)量數(shù)（又稱兆數(shù)量級）？
1G=230=1,0243=1,073,741,824≒109？ (giga)十億數(shù)量數(shù)
1T=240=1,0244=1,099,511,627,776≒1012？ (tera)萬億數(shù)量數(shù)
1P=250=1,0245=1,125,899,906,842,624≒1015？ (peta)千萬億數(shù)量數(shù)？
1E=260=1,0246=1,152,921,504,606,846,976≒1018？ (exascale)百億億數(shù)量數(shù)？
1Z=270=1,0247=1,180,591,620,717,411,303,424≒1021？ 十萬億億數(shù)量數(shù)？
1Y=280=1,0248=1,208,925,819,614,629,174,706,176≒1024？ 億億億數(shù)量數(shù)
巨型計算機是一個動態(tài)概念，其標準和水平隨技術(shù)的發(fā)展不斷提高。一個時期內(nèi)的巨型機到下一時期可能成為一般的計算機；一個時期內(nèi)的巨型機技術(shù)到下一時期可能成為一般的計算機技術(shù)。
巨型計算機是電子計算機的一個重要發(fā)展方向。它的研制水平標志著一個國家的科學技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的水平，體現(xiàn)著國家經(jīng)濟發(fā)展的實力。一些發(fā)達國家正在投入大量資金和人力、物力，研制運算速度達數(shù)十億億次的巨型計算機。？
二、巨型計算機發(fā)展？
巨型計算機研制始于20世紀70年代，最初用于科學和工程計算，在政府部門和國防科技領(lǐng)域曾得到廣泛的應(yīng)用。自20世紀90年代中期以來，巨型機的應(yīng)用領(lǐng)域開始得到擴展，從傳統(tǒng)的科學和工程計算延伸到事務(wù)處理、商業(yè)自動化等領(lǐng)域。對巨型機的研究也有了新的發(fā)展，無論是系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，還是處理器芯片都有了新的進步。在我國，巨型機的研發(fā)也取得了很大的成績，推出了“神威”、“銀河”和“曙光”等代表國內(nèi)最高水平的巨型機系統(tǒng)，并在國民經(jīng)濟的關(guān)鍵領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
銀河- 十億次運算的巨型計算機（1992年）
？？
曙光5000A，百萬億次運算的巨型計算機（2008年）？
巨型計算機技術(shù)是一個國家綜合實力的體現(xiàn)，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展有著直接的推動作用，體系結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了單機、多機、大規(guī)模并行機直至可伸縮并行計算機的變化；運算速度從最初的每秒百萬次發(fā)展到今天的每秒千萬億次，平均每10年提高三個數(shù)量級；在開發(fā)環(huán)境、通信技術(shù)、存儲技術(shù)和測試技術(shù)等各個領(lǐng)域也都取得了一些突破性的進展，使巨型機的設(shè)計從原來強調(diào)速度，發(fā)展到重視效率、易用、易管理和可靠性等諸多方面。在巨型計算機技術(shù)發(fā)展的過程中，提高其性能的主要途徑是通過改進體系結(jié)構(gòu)、電路工藝和軟件技術(shù)等實現(xiàn)的。
處理器作為巨型機系統(tǒng)中的主要部件獲得了最快速的發(fā)展，加工工藝大約每三年出現(xiàn)一個技術(shù)代，集成度和時頻每兩年翻一番，性能每五年提高一個數(shù)量級。目前，巨型計算機大部分采用商品化的高性能微處理器，小部分采用定制處理器。？？
德國Jugene 千萬億次運算的巨型計算機（2009年）？？？
三、巨型計算機的組成？巨型機主機由高速運算部件和大容量快速主存貯器構(gòu)成。由于巨型機加工數(shù)據(jù)的吞吐量很大，只有主存是不夠的，一般有半導體快速擴充存貯器和海量（磁盤）存貯子系統(tǒng)來支持。對大規(guī)模數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的用戶，常需大型聯(lián)機磁帶子系統(tǒng)或光盤子系統(tǒng)作為大量信息數(shù)據(jù)進／出的媒介。巨型機主機一般不直接管理慢速的輸入／輸出（I／O）設(shè)備，而是通過I／O接口通道聯(lián)結(jié)前端機，由前端機做I／O的工作，包括用戶程序和數(shù)據(jù)的準備、運算結(jié)果的打印與繪圖輸出等。前端機一般用小型機。I／O的另一種途徑是通過網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)上的用戶借助其前端機（微機、工作站、小型機等）通過網(wǎng)來使用巨型機。？？？
四、巨型計算機的關(guān)鍵技術(shù)？
并行處理是巨型機技術(shù)的基礎(chǔ)。為提高系統(tǒng)性能，現(xiàn)代巨型機都在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件、軟件、工藝和電路等方面采取各種支持并行處理的技術(shù)。
數(shù)據(jù)類型 為便于高速并行處理， 中央處理器的數(shù)據(jù)類型除傳統(tǒng)的各類標量外，都增加了向量或數(shù)組類型。？
硬件結(jié)構(gòu) ？現(xiàn)代巨型機硬件大多采用流水線、多功能部件、陣列結(jié)構(gòu)或多處理機等各種技術(shù)。？
向量寄存器？ 為降低存儲流量和頻帶寬度的要求，并解決短向量運算速度低的問題，第二階段的巨型機采取了向量寄存器技術(shù)。？
標量運算 標量運算速度對巨型機系統(tǒng)綜合速度的影響極大。為此，除增設(shè)標量寄存器、標量后援寄存器或標量高速緩沖存儲器以及采用先進的標量控制技術(shù)外，還可采用專作標量運算的功能部件和標量處理機等技術(shù)
主存儲器 為進行復雜系統(tǒng)的三維處理，要求主存儲器能容納龐大的數(shù)據(jù)量。？
輸入輸出通道 巨型機不但配有數(shù)量較多的輸入輸出通道，而且具有較高的通道傳輸率。
固態(tài)海量存儲器 為適應(yīng)特大計算問題的大量數(shù)據(jù)在主存儲器和外存儲器之間的頻繁調(diào)度，新型的巨型機采用固態(tài)海量存儲器作為超高速外存儲器。？
大規(guī)模集成電路 巨型機的邏輯電路都采用超高電路。？
并行算法和軟件技術(shù) 為充分發(fā)揮巨型機的系統(tǒng)性能，必須研究各種并行算法并研制并行化的軟件系統(tǒng)。針對特大型科學計算的特點，巨型機通常配置如下軟件：具有多重處理能力的批處理分布式操作系統(tǒng)、高效的匯編語言、向量FORTRAN或PASCAL、ADA語言和向量識別器、并行化標準子程序庫、科學子程序庫和應(yīng)用程序庫、系統(tǒng)實用程序、診斷程序等。？？？
五、巨型計算機應(yīng)用？
巨型計算機實際上是一個巨大的計算機系統(tǒng)，主要用來承擔重大的科學研究、國防尖端技術(shù)和國民經(jīng)濟領(lǐng)域的大型計算課題及數(shù)據(jù)處理任務(wù)，如大范圍天氣預報，整理衛(wèi)星照片，原子核物理的探索，研究洲際導彈、宇宙飛船，制定國民經(jīng)濟的發(fā)展計劃等，綜合考慮各種各樣的因素，只能依靠巨型計算機才能順利完成。？
現(xiàn)代的巨型計算機，是強有力的模擬和計算工具，對國民經(jīng)濟和國防建設(shè)具有特別重要的價值，承擔的一些重大應(yīng)用項目，按計算類別大致可分為：？
科學工程計算？？？ 大范圍天氣預報、流體湍流分析、海洋環(huán)境與污染分析，衛(wèi)星照片整理，原子核物理探索及核試驗模擬，洲際導彈、航天器、飛機、汽車的輔助設(shè)計和模擬，基礎(chǔ)科學研究中的理論計算，如藥物分子設(shè)計、DNA蛋白質(zhì)的整體電子結(jié)構(gòu)分析、視學科學、認知科學等；？
事務(wù)處理？？？ 聯(lián)機事務(wù)處理和分析，數(shù)據(jù)倉庫和決策支持等，特別是制定國民經(jīng)濟的發(fā)展計劃，項目繁多，時間性強，要綜合考慮各種各樣的因素，依靠巨型計算機才能順利地完成；？
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器？？？ 如Internet服務(wù)器，多媒體服務(wù)器和文件服務(wù)器等。？
據(jù)統(tǒng)計，計算機的性能與使用價值的平方成正比，即所謂平方律。按照這一統(tǒng)計規(guī)律，計算機性能越高，相對價格越便宜。因此，隨著大型科學工程對計算機性能要求的日益提高，超高性能的巨型計算機將獲得越來越大的經(jīng)濟效益。？
六、巨型計算機的衡量指標？
近期，巨型機群系統(tǒng)的主要性能指標有峰值速度、實測速度和運行效率等。計算速度一般以計算機系統(tǒng)“每秒執(zhí)行的浮點運算次數(shù)”(Floating point Operations Per Second，Flops)為單位，并定義了擴展單位MFlops(百萬次浮點運算每秒)、GFlops(十億次浮點運算每秒)、TFlops(萬億次浮點運算每秒)和PFlops(千萬億次浮點運算每秒)等。？？
峰值速度：峰值速度通過計算得出，故也稱理論峰值速度，其計算公式為：理論峰值速度(億次)=節(jié)點機每個CPU主頻(MHz) CPU每個時鐘周期執(zhí)行浮點運算的次數(shù) CPU總數(shù)目/108。例如，“天河一號”的峰值速度為1206萬億次每秒(TFlops)或1.206千萬億次每秒(PFlops)。？？
實測速度：用評測軟件對機群系統(tǒng)計算速度的實際測試值。目前國際上通用的巨型計算機或高性能計算機評測軟件是《Linpack》——這是一套采用求解線性方程組和特征值問題的方法來綜合評價巨型計算機浮點運算性能的基準測試軟件。實測速度能更客觀地反映系統(tǒng)的實際計算性能，對用戶而言，實測速度比峰值速度更有意義。？？
運行效率：一般是指巨型計算機實測速度與峰值速度的比率。運行效率越高，表明系統(tǒng)具有的處理資源等經(jīng)過合理的系統(tǒng)設(shè)計得到了更有效的發(fā)揮。相對于由處理器數(shù)量和性能決定的理論峰值速度而言，運行效率顯然是一個能夠更全面、科學地反映巨型計算機性能和技術(shù)先進性的指標。？
七、2012年巨型計算機展望？
2012年初，有關(guān)媒體和單位對2012年巨型計算機的發(fā)展進行了如下展望：？
到2012年底，世界上最強大的10臺巨型計算機將有望達到10Pflops以上。目前，日本的K系統(tǒng)是唯一一臺性能超過10Pflops的巨型計算機。今年，10Pflops以上的系統(tǒng)將會陸續(xù)涌現(xiàn)，如美國國家巨型計算中心的“藍水（Blue Waters）”系統(tǒng)、美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的“紅杉（Sequoia）”系統(tǒng)、美國橡樹嶺國家實驗室“泰坦（Titan）”系統(tǒng)、美國阿貢國家實驗室的“米拉（Mira）”系統(tǒng)和美國德克薩斯先進計算中心的“蜂擁（Stampede）”系統(tǒng)等，所有這些系統(tǒng)都計劃在2012年下半年制造完成。據(jù)報道，美國IBM公司近日開始向美國能源部國家核安全管理局（NNSA）交付“紅杉”巨型計算機系統(tǒng)，目前已經(jīng)交付了第一批共4個機柜，整機的組裝將在2012年9月NNSA完全接收之后進行。屆時，“紅杉”系統(tǒng)將成為全球最高性能的巨型計算機，是目前最快的日本“K系統(tǒng)”的2倍；美國Cray公司向美國國家超級計算中心（NCSA）交付了“藍水”超級計算機系統(tǒng)的第一批共48臺機柜；美國SGI公司近日宣布，將為法國Total公司制造一臺計算能力為2.3Pflops的超級計算機系統(tǒng)等。
以上提及的系統(tǒng)都是美國制造的，但如果年底前我國出現(xiàn)一臺或兩臺超過10Pflops的系統(tǒng)也并非不可能。但美國擁有如此多的超10Pflops系統(tǒng)，勢必將重塑美國巨型計算界的霸主地位。
2012年，我國將繼續(xù)增加其巨型計算機的保有量。到11月，我國可能會在TOP500巨型計算機排行榜中占據(jù)100個以上的席位。而另一方面，歐洲的份額則有可能在2012繼續(xù)萎縮，除非政府能重振金融業(yè)。
2011年底，俄羅斯T-platforms公司與俄羅斯莫斯科國立大學簽署了一份建造10Pflops巨型計算機的協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，T-Platforms公司將開發(fā)整個計算系統(tǒng)，包括必要的巨型計算機和工程基礎(chǔ)設(shè)施，以確保不間斷作業(yè)的處理?？梢钥闯?，俄羅斯正在試圖追趕美國、中國、日本、歐洲，躋身百億億次巨型計算機大國行列。
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在最新世界排名中位居第一日本京字巨型計算機“K”（2011年, 1.051億億次？）
中國“天河一號”巨型計算機(2600萬億次)？
八、巨型計算機的發(fā)展前景科學家預計，未來10年左右的時間，世界上將研制出運算速度超過每秒百億億次E級別的巨型計算機。這個速度是目前世界上最快計算機的1000倍。一些重大的科學研究，例如氣候預報和災害性天氣預報以及飛行器的空氣動力學計算等，都需要這個量級的計算機。？
巨型計算機性能的發(fā)展遵循千倍定律，即每隔10年性能就會提高1000倍，而實際上發(fā)展的速度可能更快。如果只使用當前的技術(shù)是無法研制出百億億次E級別的計算機。10的18次方E級別的計算機，芯片之間應(yīng)采用光互連，而研制10的21次方Z級別的計算機，那更是多年后的事情，目前的半導體技術(shù)還不能支撐，或許會采用納米電子技術(shù)或量子計算技術(shù)。？
人類對于高性能計算機的需求是無止境的。這其中每一個臺階都需要從基礎(chǔ)理論到實踐技術(shù)以及應(yīng)用技術(shù)的重大創(chuàng)新和跨越。未來巨型計算機發(fā)展中，混合的架構(gòu)將成為主流。但這種混合架構(gòu)的計算機編程十分復雜困難，需開發(fā)更多的軟件。
未來巨型計算研制中，峰值速度其實只是性能的一個方面，可靠性、易用性、互聯(lián)通信、能耗等問題將更加突出。百億億次計算機需要數(shù)百萬甚至上千萬個CPU，可靠性將成為最令人頭疼的問題，有效的降低能耗措施，也是一個急待解決的問題。？
附注：巨型計算機速度以每秒的浮點運算次數(shù)"FLOPS"作為度量單位。 常見的表示計算機中的數(shù)量或速度用的單位英漢對照如下：？？
1K=210=1,024≒103
1M=220=1,0242=1,048,576≒106？ (mega)百萬數(shù)量數(shù)（又稱兆數(shù)量級）？
1G=230=1,0243=1,073,741,824≒109？ (giga)十億數(shù)量數(shù)
1T=240=1,0244=1,099,511,627,776≒1012？ (tera)萬億數(shù)量數(shù)
1P=250=1,0245=1,125,899,906,842,624≒1015？ (peta)千萬億數(shù)量數(shù)？
1E=260=1,0246=1,152,921,504,606,846,976≒1018？ (exascale)百億億數(shù)量數(shù)？
1Z=270=1,0247=1,180,591,620,717,411,303,424≒1021？ 十萬億億數(shù)量數(shù)？
1Y=280=1,0248=1,208,925,819,614,629,174,706,176≒1024？ 億億億數(shù)量數(shù)