计算机浮点运算速度是什么(计算机浮点运算速度是什么意思)

6月17日，新一期世界超级计算机500强榜单发布。入选500强的超级计算机，浮点运算速度均超过每秒万亿次，中国超算在前四名中也占据两席。

普通计算机用指令运算速度来衡量性能，而超级计算机通常用浮点运算速度来衡量性能。那么，什么是浮点运算速度，为什么超算榜单会选择浮点运算速度进行比较呢？在超级计算机500强中，尤其是前10强的超级计算机中，科学家们都在试图用什么方法让浮点运算越来越快？节能环保是超级计算的另一个衡量标准。超级计算要求节能环保。有哪些最新的研究思路和实施策略？6月19日，科技日报记者带着这些疑问，走访了业内相关专家。

浮点运算速度是衡量超算性能的基准程序之一。

“超级计算机被称为‘国之重器’，属于国家战略高技术领域，是世界各国争夺的科技制高点。目前，高性能计算机领域的市场竞争日趋激烈，美国、欧洲、日本和中国都在加快超级计算机的研发。”无锡国家超级计算中心主任杨广文说。

浮点运算速度是指计算机系统每秒可以处理的浮点运算，通常用FLOPS表示江南大学物联网工程学院副院长柴副教授表示，超算榜单选择浮点运算速度作为比较参考，是因为超算主要用于科学计算领域，而这些领域的计算主要使用浮点数。

江苏理工学院计算机学院副院长范红辉副教授告诉记者，浮点是指小数点不固定的数字。它们执行的算术运算会消耗大量计算资源，并可能导致错误。因此，单位时间内的浮点运算次数是衡量超级计算性能的基准程序之一。

常州信息职业技术学院软件与大数据学院钱博士表示，计算机只能存储和处理整数，而整数乘以某个底数的整数次方是计算机表示实数尤其是小数的一种方法。

“浮点运算是科学研究中的典型运算，在运算数大小变化较大的情况下，可以达到很高的计算精度。大多数处理器都有专门从事浮点运算的浮点单元(fpu)，FLOPS就是浮点单元的执行速度。”钱忠说。

国家高性能计算重点研发项目总体组组长、中山大学数据科学与计算机学院院长钱德培表示，选择浮点运算速度作为超级计算能力的评价标准，是因为科学工程计算软件中有大量的浮点运算，浮点运算速度快的计算机通常可以更快地运行相关的科学工程计算软件。

把复杂的工作细分成超算，没有最快的方法，只有更快。

超级计算机有很强的计算和处理数据的能力。它们的主要特点是速度快、容量大。它们配备了各种外部和外围设备以及高性能软件系统。现有的大多数超级计算机的计算速度都超过每秒一万亿次。

常州信息职业技术学院电子工程学院牛杰博士介绍，超算的创新设计是将复杂的工作细分分配给不同的处理器。根据阿姆达尔定律，超级计算机的设计侧重于减少软件序列化，用硬件加速瓶颈。

目前，全球排名前十的超级计算机基本上都是通过优化CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器)的连接网络结构，增加内存容量，扩展存储容量，增加网络带宽，借助加速卡提高计算能力来提升GPU和协处理器的性能，最终在高性能计算系统、网络架构、系统软件和应用支持等关键技术上取得突破。

柴雷枝认为，提高超级计算机系统的浮点处理能力，不是简单地让浮点运算本身更快，而是要提高芯片技术，优化系统架构、节点计算性能、内存访问性能、节点间通信等从整个系统的角度出发，从而提高系统的整体能力。目前常采用增加系统中的加速器来获得更高的计算效率。

钱尹仲介绍，实现超级计算的技术包括大规模并行计算，即让多个处理器协同工作，每个处理器在一个大问题中处理不同的任务。这种方法有两种实现方式:一种是网格计算，多台计算机连接成一个去中心化的分布式结构，分属不同的控制区域，需要计算机时可以选择；另一种是将处理器组织成一个紧密结合的集群。现代超级计算机使用无限带宽系统和三维环面互连等技术来提高大规模并行系统中集群的速度和灵活性。

国家超级计算无锡中心先进制造部主任任虎表示，目前，提高浮点运算速度的方法主要有:提高芯片中计算核心的时钟频率，增加芯片中计算核心的数量，通过多流水线和FMA技术提高单位时间处理浮点运算的能力。

如曙光星云采用自主研发的超并行处理架构，神威蓝光超算采用大规模并行处理架构，天河一号采用多阵列可配置协同并行架构，天河二号采用自主创建的新型异构多态架构。另外，互联网、存储、系统软件、应用软件、电源和冷却系统都对超级计算机的性能产生重要影响，所以世界上没有最快的超级计算机，只有更快。

绿色500超级计算机能效排名

“节能环保是衡量超算的另一个指标。超级计算机中心是高性能计算机的大规模应用，长时间高负载率运行，功率密度高，能耗高。优化软硬件配置确实可以降低一些功耗，但最根本的来源还是要开发出计算性能优异、超低功耗的高性能处理器。目前，如何实现低能耗是全球科学家关注的热点问题。”范辉告诉记者。

牛杰介绍，超算界还有一个排名叫“Green500”，是根据计算机每瓦功耗计算率得出的超级计算机能效排名。

从历年的评测结果来看，刀片服务器普遍比集群服务器更节能，广泛应用于超级计算机系统中。Green500排名前三的系统使用PEZY加速器，其余排名前十的系统使用NVIDIA GPU作为加速器。其中，PEZY系统采用液体冷却方式，也就是说整个系统浸没在液体中，比通过机载空气体或水更节能。

超深7000可以实时定位计算机的热源分布和结构特征。通过取消所有风机，在每个机柜内安装喷雾蒸发冷却循环系统，实现了产品化。与传统的风冷、水冷技术相比，该方案具有冷却效率高、温度分布均匀、噪声低、功耗低、可靠性高等优点。

相对空气冷却，中国的“神威蓝光”超级计算机中心使用复杂的水冷系统来冷却CPU，内存和组件并带走热量，几乎没有水分损失和噪音。它先进又环保，就像三明治一样。水冷板紧紧夹在两块CPU板中间，散热无缝同步。

如何让超级计算机实现低能耗？柴雷枝认为，低功耗计算也是超级计算机发展的一个重要方面，从芯片制造、架构设计、软件设计都需要做大量的工作。比如在架构设计上，可以通过增加异构加速单元来提高系统的能效比。

范辉建议，重点应该是降低各个部件的能耗，尤其是CPU。同时，我们应该改进存储设备的设计，减少数据传输的距离。让高性能内存延伸到三维而不是二维；超级计算机要和闪存结合，改变电压或频率来省电；其次，采用可以模拟大脑中神经元运行的神经形态电路或量子计算模式，可以创造出新型计算机，如生物计算机和量子计算机。

值得庆幸的是，我们国家正在多方面努力让超级计算机更加节能环保。如获得中国专利优秀奖的“基于物联网技术的数据中心动力环境监控系统”，采用超低功耗无线数据采集技术、三维建模与虚拟仿真技术、智能分析技术等。，有效消除了机房局部热点，解决了功耗极高的问题，达到了超算中心安全、稳定、节能的目标。

(责任编辑:罗伯特)