你的电脑有多快？点开一个网页只需一秒，渲染一张图片几秒出图，AI写稿也只需眨眼之间——在日常生活中，我们早已习惯了使用普通计算机时的“快速体验”。但即便如此，我们对计算机速度的想象仍然停留在“轻量级计算”层面，如响应速度、单任务处理效率等。而超级计算机则告诉我们，真正的“快”，是一种超越人类经验的存在。
这听起来像是夸张，但这就是今天的现实。神威·太湖之光这台中国自主研发的超级计算机，曾以每秒93千万亿次的浮点运算能力（93PFLOPS）登顶全球最快。
所以，超级计算机是什么？神威·太湖之光究竟有多快？这么强大的算力如何做到的，又能用来做什么？笔记本用久了会发烫，超级计算机会吗？在本系列文章中，我们将一一解答。
什么是“超级计算机”？
超级计算机是指拥有极高计算速度和强大并行处理能力的计算系统，专门用于处理科学研究、气候模拟、药物研发、天体物理等需要大量计算的数据密集型任务。它通常由成千上万的处理器组成，运行速度远超普通计算机，能够在短时间内完成传统计算机需要数年才能完成的复杂计算。超级计算机早已不是遥不可及的实验室工具，而是服务于人类社会方方面面的“超级大脑”。
神威·太湖之光超级计算机是世界首台峰值运算能力超过每秒10亿亿次、拥有千万核的超级计算机，它由国家并行计算机工程技术研究中心研制，安装在国家超级计算无锡中心，它广泛服务于天气与气候模拟、大气非线性云分辨率模拟、地震过程精确重现、航空航天、海洋科学、先进制造、新材料、生物医药、药物筛选、工业仿真、地球系统数值模拟、油气勘探等19余个领域，支持100多家单位完成数百项大型科研任务。曾荣获包括2016年、2017年三项“戈登·贝尔”奖提名（大气、海洋、材料模拟），2017年获奖项目实现唐山大地震全流程高精度模拟；并在生物医药领域，例如寨卡病毒药物虚拟筛选项目，将计算时间从几年缩短至仅4天。该系统累计完成200多项百万核作业，日均任务数约7000次，利用率超过50%，为国家重大科技战略和产业创新提供了强有力的计算支撑。
神威·太湖之光到底有多快？
在衡量一台计算机速度时，科学家通常采用“浮点运算次数”（FLOPS）作为标准单位，它指的是每秒能够完成多少次小数点运算。例如，计算3.1415×2.718——这类小数的精确运算称为浮点运算。相比整数运算，浮点运算在科学计算中更为常见，比如模拟气候变化、分子结构、生物进化、天体轨道等都涉及大量小数计算。因此，浮点运算次数被广泛用于衡量超级计算机的性能。
那么，超级计算机到底能有多快？神威·太湖之光交出的答案是——Linpack实测性能为每秒93千万亿次浮点运算，即93PFLOPS（PetaFLOPS）。Linpack是超级计算机领域十分权威的性能基准测试工具，用于测量系统的浮点计算能力。并且，神威·太湖之光的理论峰值性能为125PFLOPS，凭借于此，它于2016年登顶全球超级计算机榜首，是当时世界上第一台突破100PFLOPS理论峰值的超级计算机。
读到这里，可能还是有读者会疑惑：这个“PFLOPS”数值到底意味着多快的速度？我们不妨换一个更直观的类比——神威·太湖之光一分钟的计算能力相当全国14亿人，每人每秒计算1次，要连续算120年！
这不是一种夸张的比喻，而是真实的换算。它代表着“神威”不仅是快——而是超乎想象地快。
我国自主芯片：助力速度与节能并存
更令人骄傲的是，神威·太湖之光惊人的速度不是靠“堆叠显卡”实现的，而是采用了完全由我国自主设计的SW26010芯片。每颗芯片拥有260个计算核心，全系统合计超过1065万个核心，组成庞大的并行计算网络。与之相比，你的笔记本可能只有4-8个CPU核心，即便是高端的AI训练工作站，也往往不过数百核心。
此外，它在能效方面也堪称优异。神威的每瓦计算性能约为6GFLOPS/W（每瓦特60亿次浮点运算），意味着它在提供强大算力的同时，还能做到相对节能。要知道，普通家用电脑在跑满负载时，每瓦功耗转化的计算效率仅为其数十分之一。
这也解释了为什么超级计算机不只是“快”这么简单，而是在庞大规模下依然能稳定、高效地快。
在这个由数据驱动的时代，“算得快”早已不是奢侈品，而是科技创新的基础能力。神威·太湖之光所代表的，不仅是中国自主研发能力的一次飞跃，更代表着对未来科技格局的深远影响。我们或许感知不到它的速度，但正在享受它带来的成果。从“快”到“强”，从“强”到“能用”，神威让我们明白：科技实力，不在于一时炫目，而在于是否能用十年如一日的算力，支撑起人类文明向更高维度的跃迁。
在本文中，我们了解了超级计算机的基本知识，也领略了神威·太湖之光的惊人算力，还提到了我国自主研发的SW26010芯片。那么，这颗芯片有何特点？自研芯片对我们而言，有什么不可替代的重要性？下一篇文章，我们将围绕这些问题进行深入探讨。
出品：科普中国
作者：杨超（中国科普作家协会）
监制：中国科普博览
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