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超级计算机·中篇:超算机能做什么

时间:2022-11-15 22:30:03 来源:科普之家 作者:科普中国新媒体 栏目:前沿 阅读:106

作者:开萌

上一篇我们说到,最早的超级计算机被用来预测天气。

超级计算机,也称为“超算机”,听起来科幻,其实和手机、笔记本电脑的原理是一样的,只是计算的速度更快,对于同一个问题,笔记本电脑可能要几年得到结果,超算机只需要几天。

我们在数学课上学过不同类型的数字,自然数、整数、有理数、实数,他们可以进行加减乘除的运算。实数是数学模型最常用的工具,在计算机中实数是用浮点数表示的,所以衡量计算机的速度就可以用“每秒浮点运算次数”。按照2020年的技术水平,手机每秒能执行1万亿次浮点操作,家用的高性能电脑要多10倍的性能。2020年排名第一的超算机,日本的“富岳”,性能是高性能电脑的十万倍。

超级计算机还被用来计算宇宙大爆炸最初的几秒钟。科学家们无法在实验室中创造一个宇宙,所以依靠计算机的模拟来研究。计算机能模拟几万亿微观粒子的相互作用,模拟暗物质对宇宙演化的影响,还能用不同的物理学理论模拟不同的宇宙,从中判断哪些理论是准确的。

超级计算机还能在药物研发上,模拟药物的作用机制。科学家们在超算机中创造了药物分子和新冠病毒的蛋白质,用来计算不同药物和新冠病毒蛋白质的互相作用,从已有的大量药物中找到能阻止病毒复制的化学分子,这称为药物再利用。

超算机安装在宽敞的房间里,由上万个芯片组成,芯片之间通过网络相连,线缆的长度能达到几千公里。芯片工作的时候会产生大量的热量,过热的芯片会出故障,所以芯片的热量通过水冷设备吸收。超算机比家用电脑快,正是因为它利用了大量的芯片。正是如此,成本也异常高,神威太湖之光的成本约18亿人民币。

我们知道计算机分为软件与硬件,而现代超算机用的硬件和软件与家用电脑兼容。芯片是你能从市面上买到的CPU和GPU,而软件也采用开源软件比如 Linux 和 Python。这样的设计其实是为了软件开发的方便。虽然超算机性能强大,世界上却没有几台,很多只能大学或者研究所使用,即便这样使用的人还是很多。超算机有一套机制把计算的资源,也就是CPU、GPU的计算时间,以及内存,分配给使用者,使用者需要先在自己的电脑上用少量的数据测试自己的程序,然后提交给超算机,用大数据进行计算。因此让超算机兼容家用电脑的软硬件能提高每个人的工作效率。

那么,兼容家用电脑的软硬件,是不是意味着超级计算机可以走入我们普通人的家庭呢?没错!怎么用上超算机,我会在下一篇告诉你。

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