史海钩沉：超级计算机的诞生

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欢迎访问e展厅 展厅 4 电脑/软件/周边产品展厅 瘦客户机, 机架服务器, 塔式服务器, 刀片服务器, 商用电脑, ... 处于信息技术前沿的超级计算机一直是一个国家的重要战略资源，对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。那么超级计算机是什么时候出现的，它走过了怎样的发展之路，今天就让我们去看看超级计算机的前世今生。 “巨型机之父”西蒙·克雷 谁最早提出了超级计算机的概念？至今存在很大的争议。有人说是最早开发集成电路的肖克利在自己的工作日记中透露了超级计算机的构思，也有人说是当时为军方服务的LawrenceLivermore国家实验室的想法。但从真正意义上来说，研发出符合超级计算机定义产品的人应该是西蒙·克雷(S. Cray)博士，此人后来被西方称为“巨型机之父”。 西蒙·克雷1925年9月出生在美国威斯康星州的一个工程师世家。在参加陆军做了几年电工后， 克雷到威斯康星大学和明尼苏达大学继续深造，获电气工程学士和硕士学位。克雷先后在工程研究学会和雷明顿·兰德公司从事计算机研究。在那里，他设计出他的第一台计算机ERA1101。 1960年，刚成立三年的控制数据公司(CDC)接受美国原子能委员会的委托，涉足万难之险的巨型机领域。 当时CDC公司的电脑总设计师就是年仅31岁的克雷，曾经是UNIVAC设计小组的成员。他是一位性格内向的“隐士”般人物，念念不忘的是建造心目中的巨型机，甚至想“隐退”回家去独自研究。CDC慷慨地满足了克雷的愿望，在距离总部80英里的密林深处为他建立了一个实验室。 克雷带领他的研究小组，远远避开“人世”。小组仅有34人，包括克雷本人在内，也只有2位博士。1963年8月，克雷终于从“密林”深处复出，把一台被他亲切称作“简单的蠢东西” —— CDC6600超级计算机公布于世。CDC6600是真正意义上的超级计算机，共安装了35万个晶体管，运算速度为1Mflops。至1969年，克雷研制的CDC6600以及改进型CDC7600巨型机共售出150余台。 与比尔·盖茨这样精明的计算机商人不同，克雷是一个典型的工程师。曾经整整四个春秋，谢绝一切社交活动，埋头绘制图纸、制作零件。连著名的学术团体的颁奖，他也不愿抛头露面，为此博得了“丛林隐士”的绰号。克雷生平极少发表演说。 《国家电子》曾经描述过这么一件有趣的事情。“他是超级计算机领域的托马斯·爱迪生”，有人对苹果公司创始人斯蒂夫·乔布斯说，他建议购买一台克雷超级计算机来帮助设计下一代苹果机。听到这个情况，克雷乐了：“实在是有趣，我正在使用一台苹果电脑，用来模拟克雷3号。” 向量超级计算出尽风头 尽管克雷在上个世纪60年代成功开发了第一代超级计算机,但是真正将这个产品应用起来的还是前面提到的LawrenceLivermore国家实验室和另一位超级计算机设计者Frank McMahon，目的是为了克服当时磁芯存储器存在的延时问题。1971年前后Frank McMahon将这种想法成功地应用于CDCSTAR超级计算机的处理器CDC7600上。 CDCSTAR-100于1974年问世，它的出现使得超级计算的优点与缺点一目了然。它的优点在于向量指令在每个时钟周期(clocktick)都会产生一个结果。同时，在以后使用的过程中，向量计算的不足也逐渐被发现。其中最突出的就是，为了使这些向量指令只被执行一次,必须重新考虑和编写算法。 接着，70年代中后期,以向量超级计算为主的超级计算机开始陆续出现，如CDCCyber205和克雷1号。值得一提的是1975年诞生的“克雷1号”，实现了当时绝无仅有的超高速——可持续保持每秒1亿次运算。 然而，这台超级计算机的体积却并不巨大，就像一套开口的沙发圈椅，靠背处立着12个一人高的“大衣橱”，占地不到7平方米，重量不超过5吨，共安装了约35万块集成电路。 从技术角度来看，克雷1号更加流行。这种机器具有8MB内存，但这种内存是晶体管存储器，而不是CDCSTAR-100使用的磁芯存储器。它还引入了向量寄存器的概念。 在整个70年代和80年代初期，向量计算处理对提高计算机运算速度十分有利，有利于流水线的充分利用，有利于多功能部件的充分利用。但由于时钟周期已接近物理极限，向量计算机的进一步发展已经不太可能。所以，要继续提高性能也就意味着必须投入多个CPU来同时为一个程序工作。在这样的背景下，一个全新的概念被提出来了，那就是大规模并行处理(MPP)，也是从这个时候，英特尔、IBM和SGI开始成为超级计算机领域的新贵。超级计算机也开始走上了真正的商用化道路。 这是MPP的时代 1992年，英特尔推出Paragon超级计算机，它成为历史上第一台突破万亿次浮点计算屏障的超级计算机。紧接着,IBM的SP2、日立公司的SR2201和SGI公司的Origin2000超级计算机都先后出现。值得一提的是Origin2000系列后来成为SGI公司制作电影CG的主力，很多大场面的电影都有它的功劳。 1996年12月，SGI公司 研制出一台具有256个处理器的超级计算机安装在美国国家实验室。这个系统的处理器还将增加为4096个， 运算速度达到了30000亿次。 进入2000年之后，超级计算机的竞争日渐激烈，日本和美国彼此成为最大的竞争对手。比如在2003年世界前十名的超级计算机名单中，日本的“地球模拟器”排在榜首，后面全是清一色的美国产超级计算机。而保持运算速度最快记录的超级计算机则是日本NEC刚刚发布的SX-8,每秒运算速度高达65万亿次。 在厂商之间，IBM、英特尔、NEC和SGI的竞争一向激烈，近来又冒出了苹果。这家公司的G5苹果超级计算机已经后来居上，超过英特尔居于超级计算机排行榜的第三位。在中国，联想和曙光同样开发了国产超级计算机，在全球500强超级计算机中能够看到中国人的身影。 超级计算机的日渐火爆甚至吸引了软件巨头微软。最近微软表示,他们将针对“超级计算机”而专门开发一款“Windows”操作系统。微软已经成立了独立的“高性能计算”部门，并计划针对高性能计算机而开发一款名为“Windows ServerHPCEdition”的新版本操作系统。 小知识 美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室对超级计算机的定义是由八个或更多的计算节点组成、作为单个高性能机器工作的集群。通俗点讲，超级计算机就是能够进行大规模、超速运算的计算机。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/8/2005)