摘要：超级计算机的工作原理与日常计算机相同，但它们的性能水平要高得多，看起来更像是经典的旧大型机。与普通的台式 PC 或笔记本电脑不同，它们以令人难以置信的速度处理大量数据集并执行计算。据 IBM 称，它们是世界上最快的计算机，需要大量的基础设施才能运行，包括先进的

超级计算机在科学发现中发挥着至关重要的作用 — 从帮助我们预测气候变化到发现新药。我们已经收集了目前地球上最快的。

（图片来源：gorodenkoff via Getty Images）

超级计算机的工作原理与日常计算机相同，但它们的性能水平要高得多，看起来更像是经典的旧大型机。与普通的台式 PC 或笔记本电脑不同，它们以令人难以置信的速度处理大量数据集并执行计算。据 IBM 称，它们是世界上最快的计算机，需要大量的基础设施才能运行，包括先进的冷却系统。

在架构上，它们还配备了比普通 PC 多得多的组件。您的笔记本电脑可能有一个中央处理器 （CPU） 和一个图形处理单元 （GPU），但一台超级计算机可能有成千上万个 CPU 和 GPU，每个 CPU 和 GPU 都比您现成的要强大得多。

它们的性能也是使用每秒浮点运算 （FLOPS） 来衡量的，其中一次浮点运算是数学计算。世界上最强大的超级计算机现在超过 1 exaFLOP — 1 quintillion （1018） FLOPS — 而普通 PC 和笔记本电脑通常具有几百 gigaFLOPS — 1 万亿 （109） FLOPS 的功率。我们将此类计算机称为百万兆次级超级计算机。

由于超级计算机可以处理大量数据并以极快的速度处理计算，因此科学家们经常使用超级计算机来解决药物和材料发现中的问题。超级计算机还可以进行预测（例如预测天气），甚至可以学习如何下棋，例如 IBM 1997 年推出的经典 Deep Blue 超级计算机。

根据最新的 TOP500 排名，以下是当今在线功能最强大的9台超级计算机。

El Capitan 超级计算机。（图片来源：劳伦斯利弗莫尔国家实验室 （LLNL））

El Capitan 于 2024 年底上线，现在是世界上最强大的超级计算机，也是地球上有史以来的第三台百万兆次级计算机。

这台超级计算机位于劳伦斯利弗莫尔国家实验室 （Lawrence Livermore National Laboratory），将执行旨在在没有地下试验的情况下保护和保障美国核武器库存的任务。它还用于与国家安全相关的机密任务，包括如何将人工智能 （AI） 和机器学习用于该任务。它还将解决材料科学和物理学方面的问题。

这台超级计算机最初是由美国能源部委托制造的，作为 CORAL-2 计划的一部分，作为 2018 年建造的 Sierra 机器的替代品。它还具有最佳性能

Frontier 超级计算机。（图片来源：CARLOS JONES/ORNL/美国能源部）

由超级计算巨头 HPE Cray 打造的 Frontier 现在位居榜单第二位，于 2022 年上线，成为世界上第一台百万兆次级计算机。据 IEEE Spectrum 称，科学家们最初计划将 Frontier 用于癌症研究、药物发现、核聚变、奇异材料、设计超高效发动机和模拟恒星爆炸。

据《麻省理工科技评论》报道，未来几年，科学家将使用 Frontier 设计新的运输和医学技术。匹兹堡大学（University of Pittsburgh）计算天体物理学助理教授埃文·施耐德（Evan Schneider）告诉《麻省理工科技评论》（MIT Tech Review），他想模拟银河系如何随着时间的推移而演化。

Aurora 超级计算机。（图片来源：阿贡国家实验室）

名单上最年轻的超级计算机之一也可能有一天成为最强大的超级计算机。Aurora 位于阿贡领导计算设施 （ALCF） 的 Aurora 成为有史以来第二台百万兆次级超级计算机，ALCF 代表表示，它有可能达到 2 exaFLOPS 的计算能力——这是 Frontier 的两倍。

Aurora 与 Intel 和 HPE 合作构建，集成了科学工具和分析，执行建模和模拟，并运行人工智能 （AI）。Aurora 的火力使其能够在气候预测、材料科学、储能和核聚变等各个领域创建准确的模型。据 HPCWire 称，尤其是聚变是 Aurora 的一个重点，有朝一日它可能有助于解开大规模聚变能的秘密。

Microsoft 的 Eagle 超级计算机不是基于实验室的，而是基于云的，任何人都可以通过 Microsoft Azure 云平台访问它。它是一个分布式系统网络，这些系统共同拥有足够的能力，足以成为世界上第三快的超级计算机。理论上，任何愿意付费的人都可以访问 Eagle。

HP6 超级计算机。（图片来源：Eni）

意大利能源公司 Eni 于 2024 年 11 月推出了欧洲最强大的超级计算机。这台被称为“HPC6”的超级计算机也是世界上第一台工业用超级计算机，也是第一台进入前五名的非美国系统。对 Green Data Center Eni 的基础设施进行了改进，将性能水平提高了近 10 倍，从 70 petaFLOPS 提高到峰值 606 petaFLOPS。HPC6 旨在支持对脱碳工作和能源效率的研究。

这台超级计算机将研究二氧化碳储存的地质和流体动力学，以及开发高性能电池，优化生物燃料供应链，开发用于生物化学领域的材料，并模拟磁约束聚变中的等离子体行为。埃尼代表还表示，HPC6 有一个新的液体冷却系统，使用“直接”方法，可以消散产生的 96% 的热量。

富岳超级计算机。（图片来源： 文部科学省 CC BY 4.0)

Fugaku 曾经是世界上最强大的超级计算机（在 2020 年 6 月至 2022 年 6 月期间），是该列表中最古老的前五名系统之一。它得名于距离东京约 60 英里（100 公里）的富士山活火山，当它首次登上 TOP500 榜单的顶部时，它取代了 Summit 超级计算机（榜单第 7 名）。

多年来，科学家们将富岳用于几个重要的研究问题。据日经亚洲报道，在 COVID-19 大流行期间，研究人员利用其数字运算能力来确认，用无纺布制成的口罩在阻挡空气中的呼吸道飞沫方面更有效。据日本新闻报道，富岳目前正在以 ChatGPT 为模式训练日本 AI 大型语言模型。

阿尔卑斯山超级计算机。（图片来源：瑞士国家超级计算中心 （CSCS））

阿尔卑斯山超级计算机于 2024 年 9 月落成，致力于处理现代科学所需的大量数据，旨在取代瑞士国家超级计算中心 （CSCS） 之前的 Piz Daint 超级计算机。这台机器向世界各地的研究人员开放使用。

计算机的基础设施允许将其部分处理能力留作特定用途。例如，一个“多功能集群”将专门用于瑞士气象局——瑞士联邦气象和气候办公室。另一个将专门用于机器学习和 AI 工作负载。尽管 CSCS 的核心是 CSCS，但它也分布在其他站点，包括瑞士洛桑联邦技术研究所、菲林根的 Paul Scherrer 研究所 （PSI） 和意大利博洛尼亚的欧洲中期天气预报中心 （ECMWF） 数据中心。

LUMI 超级计算机。（图片来源：Fade Creative）

LUMI 总部位于芬兰，曾经是欧洲最强大的超级计算机，现在是世界上第八快的超级计算机。据欧盟 （EU） 官员称，它使用 100% 可再生水电能源，其余热用于为附近的建筑物供暖。它于三年前开始进行试点运营，并于 2023 年 2 月全面投入运营。

官员们此前曾表示，该系统被指定为欧洲各地研究人员可用于协作研究的超级计算机，针对基于 AI 的工作负载进行了优化。LUMI 还被用作量子计算机的“合作伙伴”，即两个名为 QAL 9000 和 Helmi 的系统——都位于芬兰。这种量子-经典计算合作伙伴关系旨在为研究人员提供当前量子计算机（根据其未来潜力受到严重限制）和超级计算机的最佳功能。

莱昂纳多超级计算机。（图片来源：CINECA）

Leonardo 是欧盟 EuroHPC 超级计算计划的一部分，它由三个模块组成，这些模块组合在一起使其成为欧洲第二快的机器。主办该活动的组织 CINCA 是一个由意大利大学、公共研究中心和政府机构组成的联盟。

该超级计算机于 2023 年 5 月进入预生产阶段，在此期间提交了 80 个项目并选中了 13 个项目。然后，在 8 月，超级计算机进入了生产阶段。

来源：科学研究前沿