超級計算機（Super computer）是指能夠執行一般個人電腦無法處理的大量資料與高速運算的電腦。就超級計算機和普通計算機的組成而言，構成組件基本相同，但在性能和規模方面卻有差異。超級計算機主要特點包含兩個方面：極大的數據存儲容量和極快速的數據處理速度，因此它可以在多種領域進行一些人們或者普通計算機無法進行的工作。
基本介紹
概述,發展背景,組成結構,硬體,軟體,維護,套用介紹,發展前景,超算排名,
概述
超級計算機是指信息處理能力比個人計算機快一到兩個數量級以上的計算機，它在密集計算、海量數據處理等領域發揮著舉足輕重的作用。作為高性能計算技術產品的超級計算機，又稱巨型機，是與高性能計算機或高端計算機相對應的概念。
超級計算機具有很強的計算和處理數據的能力，主要特點表現為高速度和大容量，配有多種外部和外圍設備及豐富的、高功能的軟體系統。超級計算機採用渦輪式設計，每個刀片就是一個伺服器，能實現協同工作，並可根據套用需要隨時增減。以我國第一台全部採用國產處理器構建的“神威·太湖之光”為例，它的持續性能為9.3億億次/秒，峰值性能可以達到12.5億億次/秒。通過先進的架構和設計，實現了存儲和運算的分開，確保用戶數據、資料在軟體系統更新或CPU升級時不受任何影響，保障了存儲信息的安全，真正實現了保持長時、高效、可靠的運算並易於升級和維護的優勢。
根據處理器的不同，可以把超級計算機分為兩類，採用專用處理器或者採用標準兼容處理器。前者可以高效地處理同一類型問題，而後者則可一機多用，使用範圍比較靈活、廣泛。專一用途計算機多見於天體物理學、密碼破譯等領域。國際“象棋高手”“深藍”、日本的“地球模擬器”都屬於這樣的超級計算機，很多超級計算機是非專用系統，服務于軍事、醫藥、氣象、金融、能源、環境和製造業等眾多領域。
發展背景
超級計算機是1929年《紐約世界報》中最先報導出的一個名詞，它是將大量的處理器集中在一起以處理龐大的數據量，同時運算速度比常規計算機快許多倍。但是從結構上看，超級計算機和普通計算機都是大同小異的，而這種並行化處理使得人們可以對龐大數據進行處理，進而影響到各個行業運行，其意義十分重大，1976年美國克雷公司推出了世界上首台運算速度達每秒2.5億次的超級計算機，突出表現一國科技實力的超級計算機，堪稱集萬千寵愛於一身的高科技寵兒，在諸如天氣預報、生命科學的基因分析、核業、軍事、航天等高科技領域大展身手，讓各國科技精英競折腰，各國都在著手研發億億級超級計算機。
超級計算機
超級計算機一般來說，超級計算機的運算速度平均每秒1000萬次以上，存貯容量在1000萬位以上。如美國的ILLIAC-Ⅳ，日本的NEC，歐洲的尤金，中國的“銀河”計算機，就屬於巨型計算機。巨型計算機的發展是電子計算機的一個重要發展方向。它的研製水平標誌著一個國家的科學技術和工業發展的程度，體現著國家經濟發展的實力。一些已開發國家正在投入大量資金和人力、物力，研製運算速度達幾百萬億次的超級大型計算機。
自2009年我國國防科技大學發布峰值性能為每秒1.206千萬億次的“天河一號”超級計算機，我國成為美國之後第二個可以獨立研製千萬億次超級計算機的國家。尤其2016年神威太湖之光的出現，更是標誌我國進入超算世界領先地位。超級計算機可以代表一個國家在信息數據領域的綜合實力，甚至可以說影響到國家在世界科學技術上的地位，不僅如此，在大數據時代即將到來之際，超級計算機的實際套用也相當可觀。
組成結構
硬體
超級計算機的硬體組成與個人計算機組成基本相同，主要是由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備組成。但是超級計算機超強的數據分析處理能力、超大的存儲容量、巨大的能耗是個人計算機無法比擬的。
軟體
高性能計算機在硬體方面是非常強大的，但是同時為了發揮出它最大的性能，軟體方面也很重要。現在的超級計算機60%以上都是使用了Linux作業系統，大多數超級計算機的系統是基於Linux來適應不同套用而量身定製的。
維護
隨著科技的發展，計算機與我們的聯繫變得更加密切，在大數據的背景下，超級計算機也大量的投入到對大數據的套用當中，但由於超級計算機系統受虛擬性特點的影響，容易出現故障問題，給單位和用戶帶來不便。為了減少這種情況的發生，延長超級計算機的使用壽命，那么就需要對超級計算機定期進行維護。
在進行超級計算機的維護工作過程中，需要採用科學合理的方法，以此來提升超級計算機的性能及工作效率，進而延長超級計算機的使用壽命。超級計算機的維護工作分為硬體維護和軟體維護。其中硬體維護是指對超級計算機的硬體設備進行定期檢查並進行適當的清潔，需要注意的是儘量避免移動設備，以免對設備造成損壞。軟體維護指的是對超級計算機軟體進行備份，將無用的檔案定期進行清理，注意儘量避免病毒感染超級計算機，以免對超級計算機的系統造成破壞，對公司、研究機構及個人的信息安全造成威脅。
超級計算機在維護過程中容易出現以下故障：開機問題、硬體問題及軟體問題。針對超級計算機的故障問題需要相關人員能及時採取維護措施對超級計算機進行維護。首先當超級計算機出現故障時要對其進行合理判斷，確定是什麼原因導致超級計算機不能正常工作，不能盲目地對超級計算機進行修理，加強對機器自身以及周邊環境的檢查。其次在確定超級計算機出現故障之後，對可能出現的故障原因進行構想以及應該如何對該故障進行處理，明確對故障維護的整體思路，以便後續的維修工作能順利進行，提高維修工作的效率。
此外還需要對超級計算機的網路安全做好防護工作。在對超級計算機網路防護過程中，需避免黑客、木馬病毒的侵襲。需要將資料庫做好備份和恢復，將較為重要的資料進行備份更新，這樣即使出現意外，資料也可通過備份進行恢復，避免造成不必要的損失。較為重要的一點就是預防病毒，通過安裝病毒防火牆，可以對系統進行掃描和監控，能及時發現病毒並將其清除。由於超級計算機大多用於科研單位，所以很有必要安裝上攻擊性軟體，為超級計算機系統完善語境功能，一旦出現外部入侵的情況，系統能及時預警並對其進行有效的攔截。
套用介紹
超級計算機是計算機中功能最強、運算速度最快、存儲容量最大的一類計算機，多用於國家高科技領域和尖端技術研究，是國家科技發展水平和綜合國力的重要標誌。一個國家的高性能的超級計算機，直接關係到國際民生、關係到國家的安全。幾乎在國計民生的所有領域中，超級計算機都起到了舉足輕重的關鍵作用。
1、超級計算機套用科學領域，促進時代發展
超級計算機利用其強大的數據處理能力，幫助人們改變了解自然世界的方式，為社會提供巨大的利益。它模擬大氣、氣候和海洋，可以精準預測地震和海嘯。可以更好地理解龍捲風和颶風，或破譯引起地磁暴的力量，黃石超級計算機和NWSC將帶來更好的預測，並更好地保護公眾的經濟。用於複雜的氣象分析，處理全球氣象衛星數據。超級計算機的快速數據處理能力，能預知全球氣象，對氣象衛星偵察的信息進行集中化數據處理，量化分析，建模分析。
超級計算機
超級計算機2、超級計算機套用生產領域，節省人力資源
利用超級計算機強大的計算密度，對於一些事故發生率較高，在生命安全造成極大威脅的高危行業，以超級計算機代替人工進行作業，如地下採煤、高空作業、爆破工作和石油勘探等數據進行處理和分析。這裡的計算密度指的是超級計算機在一定體積和面積內的計算能力，這是計算精度和計算能力的體現。例如，2007年曙光4000L超級計算機就曾在發現儲量高達10億噸的渤海灣冀東南堡油田的過程中發揮了關鍵作用，而其後的曙光5000A超級計算機的套用，則進一步達到了地下數千米的勘探深度。
3、套用於醫學製藥、先進制造、人工智慧等新興領域
生物信息學成為超級計算新的套用領域，如人類基因組測序過程中產生的海量數據處理就離不開超級計算機。在醫學領域,也利用超級計算機來模擬人體各個器官的工作機理及人體內各種生化反應等。開發一種新的藥品，通常需要從研製和試驗的很多步驟，一般需要大約15年的時間，而利用超級計算機則可以對藥物研製、治療效果和不良反應等進行模擬試驗，從而將新藥的研發周期縮短3～5年且可顯著降低研發成本。除此之外，隨著計算機技術的發展，在超級計算機的支撐之下，解決了重大的科學與套用領域的關鍵問題，促進了相關應該領域的快速發展，其他如人工智慧、深入學習、生物醫藥、基因工程、金融分析等新興領域也有大量的套用。
發展前景
大數據時代的到來，超級計算機將會在未來信息化發展中大放光彩，首先是它和雲計算，雲儲存聯繫在一起，為大數據技術的發展提供保障。未來超級計算機很可能會發展為共享伺服器雲計算的形式，發揮它極強運算速度和大批量數據處理的優勢。另一方面，超級計算機本身的架構和組件方式可能也會有很大改變，尤其體現在體積的縮小，運行的輕量化，成本的縮小化。未來它將不僅僅是作為國家戰略的一種存在，而且會涉入商業領域，如此會更加刺激它的發展。
超級計算機作為一個國家信息化的一種重要體現，首先將會在國防科技，工業化，航天衛星等領域發揮重要作用，其次它會在諸如氣象，物理，探測等領域顯現出它的優勢。依靠強大的數據處理能力和高速的運算能力，未來的超級計算機將會是大數據時代的重要工具。而且會進一步普及到我們的具體生活中來，為我們的社會發展做出巨大貢獻。
超算排名
2019年6月17日上午，第53屆全球超算TOP500名單在於德國法蘭克福舉辦的“國際超算大會”（ISC）上發布。與2018年11月公布的名單相比，榜單前四位沒有變化，部署在美國能源部旗下橡樹嶺國家實驗室及利弗莫爾實驗室的兩台超級計算機“頂點”（Summit）和“山脊”（Sierra）仍占據前兩位，中國超算“神威·太湖之光”和“天河二號”分列三、四名。其中，世界最快超算“頂點”在本屆榜單上的性能峰值達到148.6 PFlops，創下了新的超算記錄。
