芯片超级计算机是谁发明的（超级计算机芯片多少纳米）

admin 发明家 2023-03-25 12 0 芯片超级计算机是谁发明的

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文章目录：

1、什么是超级计算机？是哪个国家发明的？叫什么名字？它的运算速度是多少？
2、冯·诺依曼为什么能够被尊为“计算机之父”？
3、“天河一号”是由哪个单位研制成功的?

什么是超级计算机？是哪个国家发明的？叫什么名字？它的运算速度是多少？

什么是超级电脑呢？按照美国传统词典的解释，它是一种主机

电脑，是在一定时期内可以得到的一种最大的、运行速度最快的、功能最强的电脑。超级电脑可以进行高速度和大存储量的计算。

*超速运算*

超级电脑的速度有多快呢？德国曼海姆大学、美国的田纳西大学和美国能源部的劳伦斯-伯克利实验室的专家指出，目前全球速度名列前茅的五百部超级电脑中，速度最慢的，每秒钟能运算将近两千亿次。而在速度最快的一批电脑中，有47台每秒钟运算次数超过了一万亿次。其中的冠军是日本研制的超级电脑，名叫“地球模拟器”，每秒能进行的浮点运算次数接近36 万亿次。这还刚刚达到了理论速度极限的87%，也就是说，可能还有增加的潜力。

不过运算次数接近36万亿次，是个理论上的数字。而在实际应用中呢，往往比理论数字要低一些。“地球模拟器”中心的负责人说，这座超级电脑在运行一套气象模型软件的时候，速度超过每秒26万亿次。在超级电脑领域，是“强中更有强中手”的，是“江山代有才人出，各领风骚没几年”的。最近，IBM，也就是国际商用机器公司，获得了为美国能源部制造两台最快速的超级电脑的合同。这两台电脑将把目前的世界冠军远远抛在后边。这就是说，超级电脑将变得更加超级。IBM的专家纳尔逊说：“比起现状来，这将是一大飞跃。”

*IBM新秀*

IBM 的这两台新机器，一台叫“蓝色基因”，计算速度可以达到每秒钟360万亿次。另一台叫ASCI 紫色，运算速度每秒钟 100万亿次。这分别是现有的最快的超级电脑的将近3倍到十倍。而两部电脑合起来，每秒钟能联合运算四百六十万亿次。数据处理能力相当于目前世界上五百部功能最强大的超级电脑的总和的一倍半。

这些速度是个什么概念呢？让我们拿个人电脑来比一比。【合众国际社】说，现在最快的个人电脑每秒钟能处理10亿条指令，而超级电脑的浮点运算要比这复杂得多。 IBM 表示，未来的“蓝色基因”超级电脑处理信息的速度相当于普通家用电脑的四十万倍。IBM因特网技术和战略部的负责人纳尔逊说： “一些科学家说，这是有史以来第一次，电脑有了和人脑一样的对信息进行粗处理的能力。”

*深蓝下棋*

超级电脑的用途是什么呢？可以从事模型处理，一些大公司用它来开发产品和检验产品的应用。一些政府机构用它来进行大规模试验、计算和研究。例如现有的一台IBM超级电脑叫“白色”，它的运算速度是每秒7.2万亿次，它用于模拟核爆炸和宇宙的形成、从事飞行器设计、药物合成等。超级电脑可以用于观察气象、预测天气。这个工作涉及的因素很多，用超级电脑来估算比较容易算准。而预测地震呢，所需要的计算就更复杂了，即使是现在最快的超级电脑“地球模拟器”也做不到。“地球模拟器”中心的负责人说，他希望，下一代的“地球模拟器”能预测地震。

超级电脑还有个用途是监视那些从外太空飞向地球的物体，看看它们到底是陨石、太空船、掉落的人造卫星还是UFO，也就是，不明飞行物。夏威夷的一个高性能电脑中心有一台IBM超级电脑就是干这个的。它能迅速的把太空望远镜拍下的模糊影像转换为清晰的移动图像，以便美国空军看出那究竟是什么东西。这个超级电脑每秒能运算4800亿次，比IBM超级电脑“深蓝”要快上将近40倍。“深蓝”曾经在1997年和国际像棋大师卡斯帕罗夫下棋，下赢了。

IBM计划建造的两台功能最强大的超级电脑将用于模拟核武器试验以及从事其它科学研究。IM从明年开始在北加州的利弗莫尔国家实验室安装这两台机器，估计2005 年完工。电脑实验室科研人员不等完工就将部份的使用“ASCI 紫色”电脑。美国能源部将用它来模拟核武器爆炸，而不用进行地下核试爆。

*核武模拟*

利弗莫尔国家实验室核武器项目负责人、物理学家布鲁斯-古德温说：“ASCI紫色”机是核武器物理学家十分盼望的机器。长期以来，他们梦想进行逼真的氢弹爆炸立体模拟，新电脑让科学家如愿以偿。这样的模拟，需要超级电脑分秒不停的连续运算两个月。科学家们通过模拟解决核武器老化等问题，改进并设计新武器。

另一台超级电脑“蓝色基因”可以储存相当于十亿部书的信息，可以模拟各种物理现像，预测材料的性能、烈性炸药的“行为”以及地球大气层和污染源之间的相互作用等等，可以用于气象研究，例如飓风预报，以及生物学的DNA 分析。IBM的专家纳尔逊说：“这些机器能从事气象、核武器、DNA分子等各方面的，比过去先进得多的模型建造。”

关于IBM计划制造的这两台超级电脑之间的区别，物理学家古德温说：“蓝色基因”有如超音速战斗机，速度快但功能比较少，而“ASCI 紫色”象是747客机，功能更多，但是飞行速度比较慢。

*硬件结构*

在硬件结构方面，超级电脑的机身，往往不是一个，而是一群；所占的地方，往往不是一点，而是一片。有不少超级电脑是庞然大物。例如[ASCI 紫色]电脑重一百九十七吨，体积相当于两百个电冰箱的大小；里面有二百五十多公里长的光纤和铜制的电缆，具有超强的存储功能。

微处理器，或者叫微处理芯片，相当于电脑的大脑。现在，单个的芯片的速度远远达不到超级电脑的运算速度，那么超级电脑的速度从何而来呢？是通过联合使用大量芯片而创造的。有些超级电脑乾脆就是由一大批个人电脑组成的电脑群。这采用的是“蚂蚁雄兵”的战略。 IBM公司超级电脑部门的副总裁戴维·图瑞克表示，超级电脑其实是一组组的电脑经由软件结合起来，步调一致，能象一台电脑一样的运作。

一台个人电脑一般有一两个微处理芯片，相比之下，超级电脑“白色”使用了8000多个处理器，协同动作。而NEC，也就是日本电气公司研制的“地球模拟器”呢，采用了常见的平行架构，使用了5000多个处理器。“蓝色基因”将使用十三万个IBM 最先进的Power5 微处理器。[ASCI 紫色]电脑使用大约一万两千六百个IBM 新型芯片，

微处理器那么多，难免有的处理器会失灵。IBM的专家纳尔逊说，新的电脑系统将能自动绕过失灵的部件。纳尔逊说： “最大的挑战是，制造一台可以自己管理自己的电脑。我们必须研制出可以监督每个芯片健康状况的软件。在出现问题的时候，可以通过备用芯片或者叫候补芯片来完成任务，而不必关机更换芯片卡。”

*信息传送*

除了处理信息的速度问题，还有信息的传送速度问题。也就是说，需要有足够的信息及时传过来以便让处理器来处理，否则处理器就会停工待料。如果超级电脑不能很快地从记忆里提取数据，那么超速处理的能力也就没用了。田纳西大学的超级电脑专家唐加拉说，发展‘快速提取’来支持‘高速运作’，是IBM面临的一个挑战。唐加拉说： “这个挑战是，要在电脑内设立一个网络，让所有的数据快速沟通，从而使处理器工作的时候不必等待。目前，制造高性能电脑的关键障碍在于解决数据传输的瓶颈问题。”

*光导技术*

未来的超级电脑会采用什么新技术来更上一层楼呢？IBM 的超级电脑部门负责人纳尔逊说，光学技术，也就是利用玻璃纤维而不是用金属导线来传递信号，能够提高处理速度。纳尔逊说： “这实际上是下一代的超级电脑了。这意味着，使用光学信号交换器和光学网络把超级电脑的各个部件连接到一起，可以使整个系统的效率提高十倍，甚至一百倍。”

*造价昂贵*

名列前茅的超级电脑的造价如何呢？最近IBM 和美国能源部签订的制造超级电脑的合同，价值两亿九千万美元。而NEC 的“地球模拟器”，造价是4亿美元。为什么美国的两台更先进的超级电脑的造价，比日本的这一台超级电脑还要低呢？这是因为日本的超级电脑使用的处理器是专门为超级电脑设计的，所以比较贵。而美国的超级电脑使用的处理器是能在商业上通用的，能大批量生产的，因此比较便宜。所以，今年4 月，当NEC从美国手中夺走超级电脑冠军称号之后，有的美国学者不甘示弱，强调在评比超级电脑的时候不能只看运算速度，更要看工作效率和性能价格比。

*IBM领先*

今日之世界，哪个国家使用和制造超级电脑最多呢？是美国。根据德国曼海姆大学、美国的田纳西大学和联邦能源部的专家在十一月中旬公布的关于全球头五百部超级电脑的联合报告，这些电脑有46% 置在美国，有91%美国制造的。如果单论技术性能，NEC的“地球模拟器”暂时技压群雄。而若论商业市场，则是IBM遥遥领先。今年8月，信息产业的评级机构IDC 发表了“全球高性能运算市场营收报告”。报告显示，在全球使用超级电脑的公司机构中，IBM产品占的份额最多，名列第二的是新惠普公司。此外，NEC、美国的升阳公司和克雷公司也这一领域竞争。

*国家资助*

为什么美国在超级电脑领域领先呢？除了美国科技发达，人才济济和财力雄厚的因素之外，几十年来美国的核武器研究也带动了超级电脑工业的发展。最先进超级电脑的第一台经常被国家武器实验室购买。冷战期间在内华达州进行的核试验取消后，核武器研究人员对电脑功能的需求更迫切了。美国的超级电脑有许多安装在国家实验室。世界上功能排名第二和第三的 [惠普公司]的ASCI Q 电脑都在阿拉莫国家实验室，排名第四的“ ASCI 白色”超级电脑在利弗莫尔国家实验室。

*排行效应*

和个人电脑相比，超级电脑的市场非常小。那么，为什么象 IBM 这样的公司这么卖力气来研制超级电脑呢？伯克利国家能源实验室计算中心负责人霍斯特说：登上五百大超级电脑的排行榜首，就象获得奥林匹克金牌；不少公司用这份名单来影响他们的顾客。田纳西大学的唐加拉说： “这些公司是在用这样的研究工作来帮助他们的技术发展。”唐加拉说： “这也是改良产品的途径。这些尖端技术会渗透到我们的日常用品中。”

BM 期待把用于两台超级电脑的Power5 芯片，从明年起用于商业用的电脑服务器，随后用于台式电脑，还可能用于电子游戏机。IBM 希望芯片的商业应用换来利润回报。

冯·诺依曼为什么能够被尊为“计算机之父”？

冯·诺依曼奠定了现代计算机的基础，被世人尊为“计算机之父”，但在谈到他的理论与构思时，他谦虚地说，这些理论与构思的基础来自于英国数学家图灵和布尔的思想。午治·布尔（Boolean George）1847年发表《思维规律研究》创立逻辑代数学，成功地把形式逻辑归结为一种代数，布尔认为，逻辑中的各种命题能够使用数学符号来代表，并能依据规则推导出相应于逻辑问题的适当结论。布尔的逻辑代数理论建立在两种逻辑值“真True”、“假False”和三种逻辑关系“与AND”、“或OR”、“非NOT”。这种理论为数字电子计算机的二进制、形关逻辑元件和逻辑电路的设计辅平了道路。1854年，布尔出版了名著《布尔代数》，并在此基础上，经过许多年的发展，形成了现代计算机的理论基础——娄理逻辑。香农（C.E.Sharnorn）信息论创始人之一，1938年在其一篇硕士论文中指出：能够用二进制系统表达布尔代数中的逻辑关系，用“1”代表“真True”，用“0”代表“假False”，并由此用二进制系统来构筑逻辑运算系统。并指出，以布尔代数为基础，任何一个机械性推理过程，对电子计算机来说，都能像处理普通计算一样容易。香农把布尔代数与计算机二进制联系在了一起。阿兰·图灵（Alan Mathison Turing）“人工智能之父”，被冯·诺依曼认为的“计算机之父”是一位天才人物，22岁就被选为英皇家学院研究员，1936年在论文《论可计算数及在密码上的应用》中，严格地描述了计算机的逻辑结构，首次提出了计算机的通用模型——“图灵机”，并从理论上证明了这种抽象计算机的可能性。二战期间，图灵在英国外交部工作，设计了密码破译机（BOMBE），这实际上就是一台以继电器为器件的专用数字电子计算机，该机一次次地破译了敌军的密码，为反法西斯战争的胜利做出了贡献。 1945年，图灵在英国国家物理研究所开始设计自动计算机，阐述了用子程序实现某些运算而程序员不必知道机器运行细节的思想，为计算机高级语言的诞生奠定了基础。1950年，图灵制成了一台体现他设计思想的计算机模型机“PIOLOT ACE”。同年10月，图灵发表了《计算机器与智能》的论文，设计了著名的图灵测验，通过问答来测试计算机是否具有同人相等的智力，这一思考至今仍是计算机学术界探讨的核心问题之一。该论文引起了计算机学术界的极大震撼，奠定了人工智能理论的基础。为纪念图灵对计算机科学的巨大贡献，美国计算机协会设立了“图灵奖”每年授予在计算机科学方面做出重大贡献的科学家，堪称计算机界的“诺贝尔奖”。电子计算机在经历了第一代电子管，第二代晶体管，第三代中小规模集成电路，第四代大规模和超大规模集成电路时代之后，各种新技术、新工艺使计算机的发展向着微型化和巨型化方向发展。开创巨型机制造的领衔人是被誉为“巨型机之父”的美国著名科学家克雷博士。克雷（Cary Kildall）1929年生于美国威斯康星州，大学毕业获数学和电气程学学两个学位。1957年他与奥尔林、安德森一起创建了CDC公司，他们租用仓库进行办公，由于克雷设计的计算机结构合理、运行速度快，深得用户信任，订单不断，公司发展很快。1961年仅占计算机市场1.6%份额的CDC小公司与占市场82%份额的巨无霸IBM公司成为计算机行业中的仅有两家赢得公司。CDC公司在克雷的领导下，在仅有工程师14人，其中4人是软件工程师，公司全班人马为34人的“小个子”开始向实力雄厚的“超大个子”IBM公司挑战，1964年，CDC公司研制成功了每秒运算300万次/主存容量为13万字节的巨型晶体管计算机CDC6600，这台机器是世界上最早应用于科研领域里的超大型计算机，它采用了“分布计算”结构，即把处理功能分散到主机与多台辅机，这种方式是计算机体系结构的一大创新，CDC6600被公认为是由计算机天才克雷设计制造，而且被公认在技术上有重大突破和创新。克雷在这之后，又设计了多种巨型机，他和全体公司人员一起在底板上接线、改线、布线，一起研究、设计、制造，在许多方面有突破，其中突破冯·依诺曼“串行工作方式”为“并行工作方式”、首次突破千万次、十亿次、百亿次每秒运算。从获得巨大成功的“克雷1号”（CARY—1）计算机，到“克雷4号”（CARY—4）计算机的研制，尤其是进入九十年代以后，克雷巨型计算机稳居巨型机宝座，占有60%的世界市场份额。大名鼎鼎的克雷博士不断进取，不断创新，被誉为“民族的智多星”、“巨型机之父”。1996年克雷因车祸不幸去逝。与巨型机发展相对的微型机的发展几乎一直处于“军阀混战”状态。1967年惠普（HP）公司在大规模集成电路和发光二极管刚刚出现就研制成功了“HP35”型袖珍计算器，它给惠普公司带来了1.2亿的销售收入。1977年2月乔布斯（Steve Jobs）这位在电子学方面表现出特殊才能但却在大学一年级就退学的年青人和他的二位同伴，在小小的汽车库里生产出了苹果（APPLE）微型电脑推向市场。1981年8月“蓝色巨人”IBM公司向世界宣布它的第一台“个人计算机”PC诞生以后，行销世界，家喻户晓。近二十年来，微型计算机的发展愈来愈高档，也愈来愈微型化，膝上机、掌上机、腕上机一个接一个研制成功，而且实用、商业化。小小的“芯片”尽展无限魅力、无限功能。这不禁使人回想起世界上第一块芯片的诞生情景，1971年在一次计算机博览会上，一幅巨大的广告：“装在芯片上的计算机， INTEL4004！”吸引了所有参观者，世界上第一枚微处理器芯片诞生了，人们为英特尔的全新创造而震撼。 INTEL4004芯片的主要研制者是霍夫（Tod Hoff），他1937年出生于美国的曼彻斯特，从小虽在乡下长大，但对科学有着浓厚的兴趣，喜欢《大众科学》之类杂志，经常搞一些化学小实验和电气装置，读大学主攻电机工程专业，他中学毕业时根据铁轨传音原理发明了“火车电子探测器”，大学三年级又发明了一种“新型避雷器”，均获专利。大学毕业，他向国家科学基金会申请了一项研究性奖学金，深入研究半导体技术，后获斯坦福大学硕士和博士学位。1968年INTEL公司成立，霍夫被INTEL公司物色看中，并被任命为应用研究部经理。当时公司的办公条件十分简陋，设备和房子都是租来的，“需要乃成功之母”，霍夫得到了一份日本客商订单，要求生产一种新型的、极为复杂的台式计算器芯片。面对棘手问题，霍夫反复地考虑“运算、控制、存储”在最少的芯片上实现问题，灵感终于来了，霍夫马上记录道：第一将日本客商要求的逻辑电路压缩为为三片，即中央处理器，只读存储器、随机存储器；第二、利用只读存储器提供对中央处理器的驱动程序，利用随机存储器来存储数据。随后霍夫设计逻辑，好帮手费金画出芯片配线蓝图，梅瑟参与一起研究，霍夫终于如愿以偿，在世界上第一块微处理器上，集成了2000多个晶体管，第一块微处理器芯片INTEL4004诞生了。这极具划时代意义，霍夫也因此被誉为“第二次世界大战以来七位最有影响的科学家之一。” 微软公司始终与比尔·盖茨的名字紧紧相连。比尔·盖茨（Bill Gates）1955年10月生于西雅图，其父是律师，母亲是教师，他最喜欢的书是他所说的即使有CD—ROM来取代也舍不得扔的《世界图书百科全书》。在中学念书时，他就和以后与他长期合伙的保罗，开始使用著名的小型机生产公司DEC生产的POP—10型计算机，1968年盖茨与保罗在一家计算机中心使用电脑并查找电脑中的错误显露了在电脑领域里的天赋。1974年盖茨进入哈佛大学读法律之前，盖茨和保罗已经在计算机方面，尤其在程序编制方面做了许多工作并小有名气，他们两人起步最成功的是将他们开发的BASIC语言解释程序植入MITS公司的“牛郎星”电脑。1975年暑期，两人在阿尔伯基成立了微软公司，他们从最初的、仅仅拥有的世界微机产业第一标准软件产品，即为“牛郎星”微机配备的4KB解释程序资本到20多年后的今天，仅“Microsoft”这块商标就价值100多亿美元，而公司的市值已越过7500亿美元。从1981年微软取得IBM公司生产的PC机操作系统所有权MS—DOS、90年代的视窗软件Windows、94年起全面转向网络化领域直至电视机—电脑—网络交互机软件的开发，盖茨始终是世人关注的焦点人物。在网络浏览器上能与微软公司挑战的是网景公司。在网景公司开发导航器之前，Internet的用户使用的是伊利诺斯大学的学生年仅23岁的马克·安德里森在1993年设计出的第一个图形浏览器Mosaic，该软件是第一个使英特网的World Wide Web可以被接受的软件，它使Internet用户一下子上升到1000万人以上。实际上从Mosaic开始，成千上万的人改变了自己的生活方式，学会了坐在计算机前漫游世界。1994年，安德里森与《侏罗纪公园》中风光一时的硅图像公司的缔造者吉姆·克拉克合作，创建了网景（Netscape）公司。至96年，Internet网上的大部分WWW浏览器是网景的导航器，网景占了上风。但到了97年，微软公司将网络软件、浏览器等与操作系统产品的紧密集成，又抢占了大量地盘。安德里森面对强大的对手一方面不断升级导航器，开发集成所见即所得的创作环境，喊出了“要跑得再快一些，使新产品能保持6个月以上的领先地位而拥有较强的竞争能力”，另一方面又感到“快到极限，会累垮”。但是人们要知道，软件巨人Microsoft能够急起直追赶上，与其依靠强大的财力成功地购买了安德森开发的Mosaic软件，并在此基础上开发、升级浏览器大有关系。