我们许多人都熟悉计算机。你可能现在就用它来阅读这篇博文，因为笔记本电脑、智能手机和平板电脑等设备本质上都是相同的底层计算技术。另一方面，超级计算机有些深奥，因为它们通常被认为是为政府机构、研究中心和大型公司开发的体积庞大、成本高昂、耗电巨大的机器。

例如，根据500强超级计算机排名，目前世界最快的超级计算机是中国的Sunway TaihuLight。它由41000个芯片组成（单处理器就重达150吨），造价约2.7亿美元，额定功率为15371千瓦。然而，从好的方面来看，它每秒可以执行万亿次的计算，并且可以存储多达1亿本书。和其他超级计算机一样，它将用于处理科学领域中最复杂的任务，如天气预报和药物研究。

超级计算机是什么时候发明的

超级计算机的概念最早出现在20世纪60年代，当时一位名叫西摩·克雷的电气工程师开始研制世界上速度最快的计算机。被认为是“超级计算之父”的克雷离开了商业计算巨头斯佩里·兰德（Sperry Rand）的职位，加入了新成立的控制数据公司，以便专注于开发科学计算机。当时，世界最快计算机的称号由IBM 7030“Stretch”获得，它是最早使用晶体管代替真空管的计算机之一。

1964年，克雷推出了CDC6600，其特点是创新，如淘汰锗晶体管，转而使用硅和氟利昂冷却系统。更重要的是，它以40 MHz的速度运行，每秒执行大约300万次浮点运算，这使它成为世界上速度最快的计算机。CDC6600通常被认为是世界上第一台超级计算机，它比大多数计算机快10倍，比IBM7030快3倍。1969年，这一头衔最终被其继任者CDC7600放弃。

西摩·克雷单飞

1972年，克雷离开控制数据公司，成立了自己的公司克雷研究公司。在从投资者那里筹集了一段时间的种子资本和融资后，克雷推出了克雷1，这再次大大提高了计算机性能的标准。新系统以80 MHz的时钟速度运行，每秒执行1.36亿次浮点运算（136兆次）。其他独特的功能包括一种新型处理器（矢量处理）和一种速度优化的马蹄形设计，该设计使电路的长度最小化。克雷1号于1976年安装在洛斯阿拉莫斯国家实验室。

到了20世纪80年代，克雷已经成为超级计算领域的佼佼者，人们普遍认为任何新版本都将颠覆他之前的努力。因此，当克雷忙于研制克雷1号的继任者时，该公司的另一个团队推出了克雷X-MP，该型号被宣传为克雷1号更“干净”的版本。它拥有相同的马蹄形设计，但拥有多个处理器、共享内存，有时被描述为两个Cray 1连接在一起。Cray X-MP（800兆次）是最早的“多处理器”设计之一，帮助打开了并行处理的大门，在并行处理中，计算任务被分成若干部分，并由不同的处理器同时执行。

克雷X-MP一直在不断更新，直到1985年期待已久的克雷2号发射前一直是旗手。和它的前辈一样，克雷最新和最伟大的产品采用了相同的马蹄形设计和基本布局，集成电路堆叠在逻辑板上。然而，这一次，这些部件被塞得太紧了，计算机不得不浸入液体冷却系统中散热。Cray 2配备了8个处理器，其中一个“前台处理器”负责处理存储、内存，并向“后台处理器”发出指令，后者负责实际计算。总的来说，它的处理速度达到每秒19亿次浮点运算（1.9千兆次），是Cray X-MP的两倍。

更多的计算机设计师出现了

不用说，克雷和他的设计统治着超级计算机的早期时代。但他不是唯一一个在这个领域取得进展的人。80年代早期还出现了大规模并行计算机，由数千个处理器共同工作以打破性能障碍。一些最早的多处理器系统是由W.Daniel Hillis创建的，他是麻省理工学院研究生时提出这个想法的。当时的目标是通过开发一个功能类似于大脑神经网络的分散式处理器网络，克服CPU在其他处理器之间直接计算的速度限制。他的解决方案于1985年作为连接机或CM-1引入，采用65536个互连单位处理器。

90年代初标志着克雷扼杀超级计算的终结。那时，超级计算的先驱已经从克雷研究公司分离出来，成立了克雷计算机公司。当克雷2号计划的继任者克雷3号项目遇到一系列问题时，公司的情况开始恶化。克雷的一个主要错误是选择砷化镓半导体——一种较新的技术——作为实现他声称的将处理速度提高12倍的目标的一种方式。最终，生产这些产品的困难，以及其他技术上的复杂性，导致项目推迟了数年，并导致公司的许多潜在客户最终失去兴趣。不久，该公司资金耗尽，于1995年申请破产。

克雷的斗争将让位给某种卫士的更替，因为竞争对手日本的计算系统将在这十年的大部分时间里主宰这一领域。总部位于东京的NEC公司于1989年首次亮相SX-3，一年后推出了四处理器版本，成为世界上速度最快的计算机，但在1993年黯然失色。那一年，富士通的数字风洞凭借166个向量处理器的强大威力成为第一台超过100千兆次的超级计算机（旁注：为了让你了解技术发展的速度，2016年最快的消费类处理器可以轻松地超过100千兆次，但在当时，它特别令人印象深刻）。1996年，日立SR2201增加了2048个处理器，达到了600千兆次的峰值性能。

英特尔加入竞争

现在，英特尔在哪里？这家将自己确立为消费市场领先芯片制造商的公司直到本世纪末才真正在超级计算领域大放异彩。这是因为这些技术是完全不同的动物。例如，超级计算机被设计成尽可能多的处理能力，而个人计算机则是从最小的冷却能力和有限的能源供应中挤压效率。因此，在1993年，英特尔工程师们终于采取了大胆的做法，与3680处理器的英特尔XP/S140 Paragon大规模并行，到1994年6月，该处理器已登上超级计算机排名的顶峰。它是第一台大规模并行处理器超级计算机，无疑是世界上速度最快的系统。

到目前为止，超级计算主要是那些拥有雄厚资金支持这些雄心勃勃项目的人的领域。1994年，美国宇航局戈达德航天飞行中心的承包商提出了一种巧妙的方法，通过使用以太网连接和配置一系列个人计算机，利用并行计算的能力。当时，这一切都发生了变化。他们开发的“Beowulf集群”系统由16个486DX处理器组成，能够在gigaflops范围内运行，建造成本不到50000美元。在Linux成为超级计算机的首选操作系统之前，它还具有运行Linux而不是Unix的区别。很快，各地的DIY Yourself用户都按照类似的蓝图建立了自己的Beowulf集群。

1996年，英特尔将这一头衔拱手让给了日立SR2201，那年，英特尔以名为“ASCI Red”的典范为基础重新设计，该款处理器由6000多个200MHz奔腾Pro处理器组成。尽管从矢量处理器转向了现成的组件，ASCI Red还是获得了第一台突破1万亿次浮点运算（1万亿次浮点运算）的计算机的殊荣。到1999年，升级使其超过3万亿次。ASCI Red安装在桑迪亚国家实验室，主要用于模拟核爆炸并协助维护该国的核武库。

在日本用35.9万亿次NEC地球模拟器重新占据超级计算领先地位一段时间后，IBM从2004年开始用Blue Gene/L将超级计算提升到了前所未有的高度。那年，IBM推出了一款仅能勉强超越地球模拟器（36万亿次）的原型。到2007年，工程师们将提高硬件的处理能力，使其达到近600万亿次的峰值。有趣的是，该团队能够通过使用更多功耗相对较低但更节能的芯片来达到这样的速度。2008年，IBM在启动Roadrunner时再次破土动工。Roadrunner是第一台每秒浮点运算量超过1万亿次（1 PB）的超级计算机。