超级计算机·中篇：超算机能做什么

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。