作者：高洁（北京化工大学）
“神威·太湖之光”超级计算机和“申威 26010”芯片（图片来源：新华社）
这两天，号称超算世界的奥运盛典——国际超级计算机“TOP500”评比刚刚落下帷幕，安利一下这份榜单里中国队的傲人战绩：
“神威·太湖之光”在此次国际超级计算机评比中，以每秒12.5亿亿次的峰值计算能力以及每秒9.3亿亿次的持续计算能力夺得三连冠。
这套全球最快的超级计算机使用了中国制造的微处理器芯片“申威 26010”。
中国不仅连续第8次成为世界上最快计算机的拥有者，而且成为打入“TOP500”数量最多的国家，这也是第一次美国之外的国家能做到这一点。
怎么样，科学青年们看到中国队的战果，会不会很骄傲也很振奋呢？同时，有的小伙伴们可能会疑惑，超级计算机听起来太高大上了，有没有接地气的用途呢？
答案自然是肯定的。
只有你想不到，没有它做不到
当你在吃香喷喷的米饭时，殊不知超级计算机为现代育种已经进行了几千万次的基因配对；
当你惊叹于美国大片逼真的特效时，背后是超级计算机为渲染特效进行了几千万次计算……
这样的例子数不胜数。当今，甚至连每个家庭厨房中都会用到的洗涤剂瓶子都是用超级计算机完成设计的。
DIY一台超级计算机
这时候，有的科学青年们蠢蠢欲动了。作为未来的科研新星，能不能自己动手动脑，研发超级计算机呢？
答案再一次是肯定的。没有做不到，只有想不到。以下乞丐版超级计算机研发的成功案例供君参考：
谷歌曾经大量回收旧电脑并把它们连接在一起形成服务器，提供搜索服务。时至今日，谷歌依然采用大量便宜的小型个人电脑级别的服务器来提供服务。
亚马逊通过整合在全球某一时刻闲置的服务器建立了一个费用很低的虚拟超级计算机，而这样的计算机的运算能力同样可以列入“TOP500”榜单。
美国空军仅利用1760台索尼PS3游戏机，就组成了一台号称2010年美国国防部速度最快的超级计算机，这台计算机不仅成本很低，而且所消耗的能量只相当于类似超级计算机的10%。
1760台索尼PS3游戏机组成的超级计算机（图片来源：腾讯网）
看到这里，有的童鞋不禁疑惑，世界知名大公司、美国空军为什么都如此寒酸？答案很简单：豪华版的超级计算机造价高昂。这事儿，还得从超级计算机的发展历史说起……
“烧钱”的超算发展史
其实，计算机一开始就与“烧钱”两个字儿相伴相随。
剑桥大学卢卡斯数学讲席教授查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage，1792-1871）设计的分析机是现代计算机的前身，为了能把他的设想付诸实现，巴贝奇花光了自己的家底儿，后来向政府申请资助，但从1842年起英国政府拒绝进一步支援，于是导致巴贝奇的计算器未能完成，巴贝奇本人也因此穷困潦倒。
既然政府不愿意出资，那么只能由市场需求来决定超级计算机的命运了。1929年，“超级计算（Supercomputing）”这一名词首次在《纽约世界报》关于“国际商业机器公司（后简称IBM）为哥伦比亚大学建造大型报表机（tabulator）”的报道中出现。此后的30多年，IBM公司逐步成为计算机行业的霸主。
二战后，超级计算机逐渐被视为国家的重要战略资源，美国政府成为超级计算机最大的金主。
20世纪50年代末，美国原子能委员会急需一种超级计算机，要求运算速度比当时最好的计算机还要高出两个数量级，IBM公司是他们的首选。虽然IBM公司当时的董事长小托马斯·沃森（Thomas Watson Jr.，1914-1993）承诺将研制出比IBM现有产品快百倍的计算机，但事实上制造出的计算机其运算速度只有原本设想的60%。由于没有完成任务，IBM只好向原子能委员会要了成本价。即使这样，这台未符合要求的超级计算机的造价也高达800万美元。
IBM的铩羽而归使公认的超级计算机之父——西蒙·克雷（Seymour Cray）进入了众人的视线。科学青年们想必都对《生活大爆炸》中的谢耳朵（谢尔顿·库珀）印象深刻吧？克雷，堪称现实版、复古版的谢耳朵。他带着研究团队，在家乡的密林深处建立了一个实验室，业界称克雷为“密林隐士”。
现实中的西蒙·克雷（Seymour Cray）和影视作品中的谢尔顿·库珀（Sheldon Cooper）
克雷的研究团队一共只有34个人，仅有2位博士，甚至还包括1个看大门的门卫。这个看起来远逊于IBM的研究团队于1963年8月研制出了第一台真正意义上的超级计算机——CDC6600。
CDC6600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巨型机共售出了150余台，每一台机器的售价在当时就高达8亿美元。
克雷的辉煌由此开始，超级计算机进入了“克雷时代”。克雷离开CDC公司后独立门户，成立了克雷研究公司（Cray Research, Inc.）。1976年，克雷公司研发出新一代超级计算机——Cray-1。
超级计算机CDC6600和Cray-1（图片来源：Computer History Museum）
这台被公认为是超级计算机历史上最成功的计算机首次使用了向量处理器，可以在特定工作环境中极大地提升性能，成为了当时超级计算机设计的主导方向。克雷研究公司凭借这一新设计，在20世纪70年代到90年代期间称霸整个超级计算机市场，并占据巅峰位置长达五年（1985年—1990年）。
天下之事，分久必合合久必分。由于时钟周期已接近物理极限，向量计算机的发展也进入了瓶颈。此时，大规模并行处理（MPP）的概念问世，超级计算机市场重新洗牌，英特尔、IBM、SGI、日立等美国和日本的大型企业开始成为超级计算机的行业新贵。
1992年，英特尔推出Paragon超级计算机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；1996年，SGI为美国国家实验室研制出一台具有256个处理器的超级计算机，这个系统的处理器后来的运算速度达到了3万亿次。此外，IBM的SP2、日立公司的SR2201和SGI公司的Origin2000超级计算机皆有不俗的表现。
21世纪以来，超级计算机逐渐形成了美国、中国和日本三足鼎立的局面。从“TOP500”2000年至今的的榜单来看，美国的公司（Intel、IBM、CRAY）获得冠军次数最多，中国的科研机构（国防科学技术大学和国家并行计算机工程技术研究中心）、日本的公司（NEC和FUJITSU）分别为第二和第三名。但从趋势来看，自2013年起，排名第一的超级计算机都为中国研制。
公司
名称
国家
时间
国家并行计算机工程技术研究中心
神威·太湖之光
中国
2016.06 -当前
国防科学技术大学
天河-2
中国
2013.06-2016.06
Cray
泰坦
美国
2012.11 - 2013.06
IBM
蓝色基因/Q
美国
2012.06 - 2012.11
富士通
京
日本
2011.06 - 2012.06
国防科学技术大学
天河-1
中国
2010.11 - 2011.06
Cray
美洲虎
美国
2009.11 - 2010.11
IBM
走鹃
美国
2008.06 - 2009.11
IBM
蓝色基因/L
美国
2004.11 - 2008.06
日本电气
地球模拟器
日本
2002.06 - 2004.11
IBM
ASCI White
美国
2000.11 - 2002.06
英特尔
ASCI Red
美国
1997.06 - 2000.11
2000年至今以来排名第一的计算机（数据来源：Wiki百科）
超算PK里的中国力量
说到这里，细心的童鞋就会发现，国外的超级计算机都是企业完成，而我国的超级计算机生产方则是国家科研机构。
虽然超级计算机是烧钱的大家伙，可从建造目的来看本质上跟时装异曲同工。国外的超级计算机属于高端定制，公司根据客户的使用需求量身打造。而我国的超级计算机研制，更像是从成衣到高级成衣的华丽丽的逆袭，首先完成超级计算机的制造，然后考虑如何满足客户需求。
20世纪60年代时，我国的超级计算机研制还处在大型机的并行处理研究阶段。20世纪70年代末，我国跟随国外的超级计算机发展潮流，从事向量机及并行处理系统研制。而从20世纪80年代至今，主要从事MPP系统及工作站集群系统的研制。
1983年，中国第一台真正意义上的超级计算机——每秒钟计算1亿次的“银河-Ⅰ”研制成功。经过多年努力，“银河”、“曙光”、“神威”、“天河”、“深腾”等国产品牌相继崛起，使我国成为继美国和日本之后，第三个具备研制高端计算机系统能力的国家。
现在，我国超级计算机无论是运作速度还是数量都已经不亚于美国日本。请科学青年们大胆发挥自己的想象力，把超级计算机迷人的魅力和醉人的运算功能应用到大家的科研生活中吧。
本期科学主编：罗兴波（中国科学院大学人文学院副教授）
（文章首发于科学大院，光明网授权转载）
