本帖最後由 平安喜樂 於 12-04-08 11:44 編輯
超級電腦，哪裡超級？

中共天河一號 A 結合了密集式平行運算繪圖處理器（GPU）與多核心中央處理器（CPU），落在中國國家超級計算天津中心的超級電腦天河一號A.系統所佔面積則必須比現在多一倍。
日本的超級電腦「京」在2011年11月蟬連超級電腦排行榜榜首，台灣國網中心的「御風者」也二度名列TOP500前百大。到底什麼是超級電腦？運算效能有多強大？
高速計算代表寬廣與深入的科學研發潛能，先進各國無不競相建置超級電腦以拓展計算資源。在2011年11月第38屆全球最快超級電腦排行榜TOP500裡，日本的京超級電腦（K Computer）名列第一；由國家實驗研究院國家高速網路與計算中心（簡稱國網中心）建置的超級電腦「御風者」（WINDRIDER）則名列60。
超級電腦比一比
超級電腦是指能夠執行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦，其基本組成元件與個人電腦的概念無太大差異，但規格與性能則強大許多。
目前國際上以「TOP500」做為權威性的超級電腦排名指標，是由德國曼海姆大學（University of Mannheim）、美國田納西大學（University of Tennessee）與勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）共同發起的全球超級電腦TOP500排行計畫。自1993年起每年公佈二次成績，每年6月在歐洲ISC（International Supercomputing Conference）以及11月在美國SC（Supercomputing Conference）兩場國際高速計算會議中發表最新排名，而「每秒浮點運算次數」（floating-point operations per second， flops）是排名關鍵。
浮點（floating-point）指的是帶有小數的數值，浮點運算即是小數的四則運算，常用來測量電腦運算速度。TOP500是由超級電腦執行「LINPACK程式」的線性聯立方程式，做為評斷浮點運算能力的標準，以Tflops（tera floating-points operation per second，tera=1012）為常用單位，1 Tflop代表每秒執行一兆次浮點運算。
在2011年11月的排行裡，榜首日本的京超級電腦運算速度高達10510 Tflops（=1.051 x 1016 flops，「京」本身即代表1016）；而本屆排名前十的超級電腦計算速度均超過1000 Tflops（即1 Pflops， peta flops， peta=1015），第500名也已達到50 Tflops。
軟硬體搭配 高效能運算呈現
TOP500除了公佈排行，也詳列榜上超級電腦的規格。目前國際上多以叢集式（cluster）電腦進行平行運算，做為超級電腦的建置架構與運作方式，亦即聚集多台運算主機，用高效能的連接方式使其協同運作。
構成叢集式超級電腦的個別主機和一般個人電腦無太大差別，其專門執行運算的中央處理器（central processing unit， CPU）與內建核心數（core）都直接影響運算能力；但相較於市面上一般個人電腦大多內建四核心或八核心，超級電腦的總計算核心數則以成千上萬計。以記憶體來說，個人電腦常見為2GB或4GB（gigabyte，10億位元組），超級電腦則擁有TB（terabyte，兆位元組）等級的大容量，可以處理及運算龐大的資料。
由若干個CPU、記憶體、硬碟、網路連接卡等相關的硬體組成超級電腦的計算節點（node），這可視為能獨立運作的小型計算主機（個人電腦可視為單一節點），但若要成為超級電腦則必須整合大量的節點，才能成為功能強大的高速計算主機。此外，近年各國趨勢傾向用繪圖處理器（graphics processing unit， GPU）取代CPU，以增進超級電腦計算效能。
超級電腦之所以能解決龐大的運算需求，主要原因是讓眾多節點分別計算龐大計算的一小部份，然後再合併產生最終的結果。其中關鍵硬體是可以在為數眾多的計算核心間快速傳輸資料的內部互連網絡（interconnect），其高頻寬的傳輸速度讓資料在密集交換時穩定、不塞車，是一般個人電腦中不具備的設備；若要以多台個人電腦解決龐大的計算需求，光是網路塞車的瓶頸，就限制了個人電腦的運算能力。
除了少部份國家使用自製硬體，目前全球超級電腦的內裝大多出自固定幾家硬體公司。國網中心副主任姚志民表示，如何集合與搭配現有硬體，再藉由架設最適合與相容的軟體系統，串連成叢集電腦，並經由測試、調校使群組效能發揮到最大，才是TOP500真正考驗各國軟實力之處。
設計精良、撰寫得宜的軟體能讓龐大計算以平行方式快速處理，達到事半功倍的效果，其中，中介軟體（middleware）是高速運算的關鍵。透過中介軟體將大量資料有效切割、妥善分配給CPU和記憶體去處理，亦即協調眾多節點同時運作，讓叢集電腦裡所有硬體合作執行龐大運算，發揮最大效益，這是一般個人電腦無法做到的事情。


歷年TOP500超級電腦計算量成長與趨勢圖。縱軸單位為Gflops（giga flops，giga =109），原點為0.1 Gflops，每10倍為一間隔。圖中可看出全球與台灣都呈現指數性成長的趨勢（台灣為綠色曲線，在1999、2009與2010年共四屆無入榜，餘年各有進榜），預計台灣在2013年6月將達到103 Tflops，2016年11月可望突破104 Tflops。（資料來源：www.top500.org，圖表整理：國網中心）