一文读懂超算中心

《火星救援》讲述了由于一场沙尘暴，男主角马克与他的团队失联，孤身一人置身火星，想方设法回地球的故事。其中一个场景令人印象深刻：

这里面里奇.帕内儿在进行天体动力学仿真计算时候使用的就是超算中心。应该没有技术宅能抵御超算中心强大的魅力吧。

01 什么是超算中心

简单来说，超级计算机是指由数千甚至更多处理器组成、能计算普通计算机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机，它是将大量的处理器集中在一起以处理庞大的数据量，同时运算速度比常规计算机快许多倍。

02 超算中心有多快

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日本“富岳”（Fugaku）超算，宣称它的浮点运算速度峰值可达每秒 41.5 亿亿次。是目前最快的计算机。排名第三中国的“神威太湖之光”，它的浮点运算速度峰值是每秒 12.5 亿亿次。都达到了 10 亿亿次以上，超算用了很多个芯片，让它们同时执行任务，而单个芯片的性能跟个人电脑的芯片是差不多的。用科学术语来说，这叫做“并行计算”，这是高性能计算的基本思路。

03 超算中心能干什么

目前，超算中心在天气预报、生命科学的基因分析、核业、军事、航天等高科技领域大展身手，常用于需要大量运算的工作，譬如数值天气预报、运算化学、分子模型、天体物理模拟、汽车设计模拟、密码分析等。

举个例子，中国的商用客机 C919 的高精确度外流场空气动力参数运算，在天河二号计算六天宣告完成，而在普通计算平台上至少需要大约两年才能完成。“天宫一号”的顺利回家也靠超级计算机提供精确预测。

04 超算中心的核心数和计算力

超算的算力是和核数有关的。但算力速度并不能与核数构成正比例关系。实际上，你要让多个芯片同时运行，就必须首先给它们划分好任务，这个任务划分是要消耗时间的。然后，当各个芯片开始计算之后，还不时地要和其他芯片交换数据，这个通信也是要消耗时间的。

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图：核数与加速比关系（图片来源：知乎-袁岚峰）

因此，计算速度的增长，总是低于芯片数的增长。超算的速度与单个芯片速度的比值，称为加速比。加速比总是低于芯片数的。当芯片比较少的时候，加速比上升得比较快。随着芯片数的增加，加速比上升得越来越平缓。当芯片很多的时候，任务划分和数据通信会变成瓶颈因素，这些负担的增加会抵消芯片增加的好处，因此加速比会达到饱和，不再上升。由此可见，芯片并不是越多越好的，这也和软件的并行算法有关，一般来说，64 核已经可以满足需要了，对于大多数工程应用而言，已经够用。

超算对于普通人来说听起来有点遥远，但是云计算这个概念我想大家都不陌生，其实，云计算的原理与超算相同，随着我们的日常生活对云计算的需求逐步提升，对于云计算服务，作为中小企业或者普通 C 端用户，解决普通办公数字化和移动办公的需求，有什么选择呢？

05 云计算服务商的发展与计费

目前，云计算服务商现在也有一些，计费方式基本一致，按核数/时收费。如果涉及到一些软件的 license，还包含 license 的费用。这就保证你的计算结果是可以放到网上发表的。

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