季海

二戰(zhàn)期間，美軍的阿伯丁實(shí)驗(yàn)室為計(jì)算炮彈的彈道參數(shù)，傷透了腦筋。研究人員面對(duì)一組組復(fù)雜待解的方程式，不禁仰天長(zhǎng)嘆、淚流滿(mǎn)面：手工計(jì)算太耗費(fèi)時(shí)間和精力了！

科學(xué)家們心想：如果有一臺(tái)機(jī)器會(huì)自動(dòng)計(jì)算這些方程，那該多好！

說(shuō)干就干，以莫希利、?？颂貫槭椎目茖W(xué)家組成了“莫爾小組”，很快就搗鼓出了世界上第一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)——埃尼阿克（ENIAC）。

埃尼阿克的塊頭很大：長(zhǎng)30.48米、寬6米、高2.4米，重達(dá)30噸，占地面積約170平方米，共有30個(gè)操作臺(tái)，造價(jià)達(dá)48萬(wàn)美元——在那個(gè)時(shí)代，這可是個(gè)天文數(shù)字！

別看埃尼阿克的外表笨重，但頭腦卻很靈活，它的計(jì)算速度是每秒5000次加法或400次乘法，比人工計(jì)算的速度快了20萬(wàn)倍，而且它還不知疲憊，可以日夜工作。

有了埃尼阿克，科研人員輕松了許多，許多繁雜的計(jì)算就交給它去完成了。隨后，在埃尼阿克的幫助下，原子彈這類(lèi)核武器，很快被研究出來(lái)，并用于實(shí)戰(zhàn)。

雖然計(jì)算機(jī)能幫助我們完成許多工作，但在處理一些非常復(fù)雜的問(wèn)題時(shí)，普通計(jì)算機(jī)就無(wú)能為力了。就拿天氣預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)吧，需要對(duì)海量的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和測(cè)算，如果依靠普通計(jì)算機(jī)，那不知什么時(shí)候才能完成。這時(shí)，超級(jí)計(jì)算機(jī)就轟隆隆地誕生了。

在計(jì)算機(jī)大家族中，超級(jí)計(jì)算機(jī)是功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大的一類(lèi)計(jì)算機(jī)。雖然它的基本構(gòu)成與普通計(jì)算機(jī)沒(méi)有太大差異，但它的規(guī)格與性能都強(qiáng)大許多。如果把普通計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比作成人走路的速度，那么超級(jí)計(jì)算機(jī)就達(dá)到了火箭般的速度。

1976年，美國(guó)推出了世界上首臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，運(yùn)算速度達(dá)每秒2.5億次，這標(biāo)志著人類(lèi)進(jìn)入超算時(shí)代。

我們都知道，許多高新技術(shù)的誕生，最初都是出于軍事目的，然后再轉(zhuǎn)化為民用，超級(jí)計(jì)算機(jī)也不例外。

1991年爆發(fā)的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍的“愛(ài)國(guó)者”導(dǎo)彈大戰(zhàn)伊拉克的“飛毛腿”導(dǎo)彈特別引人注目。雖然戰(zhàn)場(chǎng)在中東地區(qū)，但美軍真正的“指揮官”卻是坐落在美國(guó)本土的超算中心。一旦太空中的偵察衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)“飛毛腿”發(fā)射，就立即把信息傳送給超算中心，那里的超級(jí)計(jì)算機(jī)只需3至5秒，便能計(jì)算出“飛毛腿”的飛行時(shí)間、軌道及相應(yīng)的攔截參數(shù)。反導(dǎo)部隊(duì)將這些參數(shù)輸入導(dǎo)彈，就能發(fā)射“愛(ài)國(guó)者”攔截“飛毛腿”。

超級(jí)計(jì)算機(jī)不但在戰(zhàn)場(chǎng)上大顯神威，而且在武器研發(fā)方面也大有作為。憑借強(qiáng)大的計(jì)算能力，它能完成人類(lèi)工程師幾年甚至十幾年都做不完的工作。想當(dāng)年，美國(guó)大名鼎鼎的M1“艾布拉姆斯”主戰(zhàn)坦克從1963年開(kāi)始研制，到1980年首批坦克下線，耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)17年。有了超級(jí)計(jì)算機(jī)的幫助，美國(guó)研制新一代“斯特賴(lài)克”裝甲車(chē)時(shí)，從簽訂合同到交付使用只用了短短18個(gè)月。

未來(lái)的超高音速武器設(shè)計(jì)難度更大，算法更復(fù)雜，不可能進(jìn)行海量的實(shí)際測(cè)試來(lái)收集和分析數(shù)據(jù)，只有依靠超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)?？梢哉f(shuō)，誰(shuí)擁有更先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，誰(shuí)就在未來(lái)武器發(fā)展上占有先機(jī)。

你也許會(huì)問(wèn)，超級(jí)計(jì)算機(jī)這么厲害，除了在軍事方面，還有哪些領(lǐng)域可以大顯身手呢？答案就是一句話：算天、算地、算人。

“算天”，就是幫助科學(xué)家進(jìn)行飛行器設(shè)計(jì)和天氣預(yù)報(bào)。就拿天氣預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)吧，大家有沒(méi)有感覺(jué)到，如今的天氣預(yù)報(bào)越來(lái)越準(zhǔn)了？只要留意智能手機(jī)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)天氣預(yù)報(bào)都精確到“小時(shí)”了：上午8時(shí)多云、10時(shí)陰天，下午14時(shí)小雨……其實(shí)，這背后都是超級(jí)計(jì)算機(jī)的功勞。我國(guó)現(xiàn)在用“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)預(yù)報(bào)天氣，它能夠?qū)?shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行大量計(jì)算和分析，再將預(yù)測(cè)結(jié)果傳給預(yù)報(bào)員。“天河二號(hào)”的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率和精細(xì)化程度很高，時(shí)間分辨率能達(dá)到每小時(shí)，空間分辨率能達(dá)到每公里。

“算地”是指礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)。通過(guò)地球遙感衛(wèi)星提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)，超級(jí)計(jì)算機(jī)可以分析出地表下面的礦產(chǎn)資源，并很快計(jì)算出儲(chǔ)藏量。

“算人”是將超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，解讀生命的奧秘。超級(jí)計(jì)算機(jī)不僅能進(jìn)行基因測(cè)序，從基因修補(bǔ)的角度來(lái)幫助人類(lèi)避免很多先天性疾病，還可以在幾百萬(wàn)種藥物成分中，選擇最合適的配比進(jìn)行新藥的開(kāi)發(fā)。過(guò)去研制一款新藥需要耗時(shí)十幾年，花費(fèi)巨大，現(xiàn)在完全不需要這么長(zhǎng)時(shí)間了。

“算人”的最高境界，就是現(xiàn)在大熱的人工智能?？茖W(xué)家想讓超級(jí)計(jì)算機(jī)模仿人類(lèi)的大腦來(lái)進(jìn)行思考，甚至具備情感，真正達(dá)到類(lèi)人的智能。

在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，有著一份世界500強(qiáng)榜單。根據(jù)最新的排名，如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力達(dá)不到每秒500萬(wàn)億次，它將被無(wú)情地“除名”。衡量超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)“簡(jiǎn)單粗暴”——運(yùn)算能力夠快！

在這份全球Top500榜單之中，中美兩國(guó)上榜計(jì)算機(jī)的數(shù)量，已經(jīng)遙遙領(lǐng)先。

這份榜單每隔半年更新一次，總能引起全世界的關(guān)注。人們津津樂(lè)道冠軍的更替，哪個(gè)國(guó)家上榜的超級(jí)計(jì)算機(jī)最多、總算力最高。

很多人很驚奇：中國(guó)發(fā)展超級(jí)計(jì)算機(jī)的時(shí)間不長(zhǎng)，怎么突然就趕超上來(lái)呢？

其實(shí)，我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展，最早可以追溯到20世紀(jì)七八十年代。從1983年開(kāi)始，我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)一共出現(xiàn)了五大系列，分別為銀河、天河、曙光、神威和深騰系列。但由于我國(guó)的科技基礎(chǔ)薄弱，一直不算超級(jí)計(jì)算機(jī)強(qiáng)國(guó)。

我國(guó)政府高度重視超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展。在科學(xué)家的不懈努力下，我國(guó)2010年研發(fā)的“天河一號(hào)”拿下了首個(gè)世界冠軍。從那以后，我國(guó)科學(xué)家的小宇宙大爆發(fā)了，并且一發(fā)不可收拾。從2013年開(kāi)始，先后推出“天河二號(hào)”“神威太湖之光”等超級(jí)計(jì)算機(jī)，連續(xù)多年霸榜。尤其是“神威太湖之光”，從硬件到軟件全部實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，峰值運(yùn)算速度達(dá)到每秒12.5億億次。億億次，“1”后面16個(gè)“0”，大致相當(dāng)于200萬(wàn)臺(tái)普通計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行！

只用了短短40年，我國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)就實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從跟跑到領(lǐng)跑。目前，我國(guó)有6個(gè)超級(jí)計(jì)算中心，已經(jīng)構(gòu)建了從編譯器、操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)環(huán)境到應(yīng)用平臺(tái)的較為完善的軟件生態(tài)鏈。

由于超級(jí)計(jì)算機(jī)的本領(lǐng)過(guò)于高強(qiáng)，世界上的主要科技大國(guó)都把提高超算能力視為必爭(zhēng)的戰(zhàn)略要點(diǎn)。誰(shuí)擁有更強(qiáng)的超算能力，誰(shuí)就能在科技領(lǐng)域拿下一個(gè)重要支撐點(diǎn)，從而成為未來(lái)世界的主導(dǎo)者。

看到中國(guó)超級(jí)計(jì)算機(jī)連續(xù)6年霸榜，美國(guó)人坐不住了，終于在2018年6月，憑借新一代的“頂點(diǎn)（SUMMIT）”超級(jí)計(jì)算機(jī)重返榜首。美國(guó)人很開(kāi)心，宣稱(chēng)這是目前全球運(yùn)算性能最強(qiáng)大、最智能的科研超級(jí)計(jì)算機(jī)，每秒最多可執(zhí)行20億億次的浮點(diǎn)運(yùn)算。

美國(guó)阿貢中心主任米歇爾·帕普卡說(shuō)：“當(dāng)一個(gè)國(guó)家擁有世界排名第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)，這意味著該國(guó)一切繁復(fù)的運(yùn)算、模擬將比別國(guó)更快、更準(zhǔn)確。相應(yīng)的，該國(guó)的最終設(shè)計(jì)制造周期將大幅度縮短，無(wú)論在軍事還是民用領(lǐng)域，都將占據(jù)無(wú)可比擬的戰(zhàn)略領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)?！?/p>

目前，雖然我國(guó)失去了最強(qiáng)大超級(jí)計(jì)算機(jī)的位置，但是在500強(qiáng)榜單中依然占據(jù)了數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，以206臺(tái)排名世界第一。而美國(guó)以124臺(tái)排名第二，排在第三、四、五名的分別是日本、德國(guó)、法國(guó)。這五個(gè)國(guó)家正好也是世界GDP排名前五的國(guó)家，說(shuō)明超級(jí)計(jì)算機(jī)的研制確實(shí)和國(guó)家實(shí)力有著密切的聯(lián)系。

最近有好消息傳來(lái)：“天河三號(hào)”研制進(jìn)展順利，計(jì)劃將在2020年完成研制任務(wù)。據(jù)說(shuō)，“天河三號(hào)”的運(yùn)算速度將大幅度超越“神威太湖之光”和目前位居榜首的“頂點(diǎn)”，甚至比“頂點(diǎn)”快五倍，達(dá)到每秒百億億次的量級(jí)。

好戲還在后頭，就讓我們等著瞧吧！