2021年全球超算Top 12榜单：性能巅峰与技术洞察

对大多数人，电脑跑8K视频或60帧运行《孤岛惊魂》最新版即算快。但海量计算任务需每秒百亿次浮点运算——i9处理器桌面级设备难以胜任。

超算由此登场。为政府与组织解决常规计算机无法处理的难题提供极致性能。当代超算以AI负载为核心设计目标，除气象预报、气候研究、物理仿真、油气勘探外，助力科学家发掘韧性建材、极致细节解析人体蛋白与细胞系统。

超算性能以每秒浮点运算次数 (FLOPS) 衡量。科学计算领域FLOPS比指令吞吐率更准确。首台超算——利弗莫尔原子研究计算机——1960年为美国海军研发中心建造。为展现半个多世纪跨越，我们梳理全球最快超算榜单。均为运行Linux的非分布式计算机系统。

12. Sequoia (红杉)

性能： 17.1 petaFLOPS
核心数： 1,572,864

厂商： IBM
部署： 美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室

基于IBM BlueGene/Q服务器，理论峰值20 petaFLOPS。核心数比前代K计算机多123%，能效提升37%。主攻核武器模拟，亦开放气候变化、人类基因组分析等科研用途。曾展示人心电生理3D仿真卓越扩展性。

11. PANGEA III

图片来源：Total S.A.

性能： 17.8 petaFLOPS
核心数： 291,024

厂商： IBM
部署： 法国波城CSTJF技术科学研究中心

采用IBM AI优化高性能架构。IBM与NVIDIA合作打造业界唯一CPU-GPU NVLink互联，IBM POWER9 CPU与NVIDIA Tesla V100 Tensor Core GPU间内存带宽较传统x86架构提升5倍以上。架构兼顾算力与能效：单位petaFLOP能耗不足前代Pangea I/II的10%。应用聚焦地震成像、开发生产建模、资产估值与选择性。

10. Lassen

性能： 18.2 petaFLOPS
核心数： 288,288

厂商： IBM
部署： 美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室

专供非密级仿真分析。与Sierra（第2快）同实验室、同构建组件。虽Sierra庞大，Lassen自身规模不俗：体量仅Sierra 1/6（40机柜 vs 240机柜）。IBM Power9处理器与253TB主存支撑23 petaFLOPS峰值性能。

9. SuperMUC-NG

性能： 19.4 petaFLOPS
核心数： 305,856

厂商： Lenovo
部署： 德国莱布尼茨超算中心

配备6,400个Lenovo ThinkSystem SD650直水冷计算节点，700TB+主存、70PB磁盘存储。连接强大可视化系统：大型4K立体力墙与五面CAVE VR环境。服务欧洲多领域科学家：基因组分析、流体动力学、量子色动力学、生命科学、医学、天体物理。

8. AI桥云基础设施 (ABCI)

图片来源：ABCI

性能： 19.8 petaFLOPS
核心数： 391,680

厂商： 富士通
部署： 日本国立先进产业科学技术综合研究所

全球首个大规模开放AI计算基础设施，峰值32.577 petaFLOPS。1,088节点，每节点含2颗Intel Xeon Gold可扩展处理器、4张NVIDIA Tesla V100 GPU、2个InfiniBand EDR HCA、1块NVMe SSD。富士通宣称热密度达传统数据中心20倍，热水风冷实现70kW/机柜散热。

7. Trinity (三位一体)

性能： 21.2 petaFLOPS
核心数： 979,072

厂商： Cray
部署： 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室

为NNSA核安全企业提供极致算力。旨在提升核武器模拟代码几何/物理保真度，确保核武库安全可靠有效。分两阶段建设：一期Intel Xeon Haswell，二期引入Intel Xeon Phi Knights Landing大幅提升。峰值超41 petaFLOPS。

6. Piz Daint

性能： 21.2 petaFLOPS
核心数： 387,872

厂商： Cray
部署： 瑞士国家超算中心

以瑞士阿尔卑斯山Piz Daint山峰命名。搭载Intel Xeon E5-26xx与NVIDIA Tesla P100。利用DataWarp"突发缓冲模式"提升存储有效带宽，加速I/O，便利海量小型非结构文件分析。除日常任务外，可处理大型强子对撞机 (LHC) 实验数据等全球最密集数据项目。

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5. Frontera

Frontera服务器列间视角 | 来源：TACC

性能： 23.5 petaFLOPS
核心数： 448,448

厂商： Dell EMC
部署： 美国德州高性能计算中心

通过海量计算资源拓展工程研究新境界，助力科学家攻克跨领域复杂挑战。双计算子系统：一侧聚焦双精度性能，另一侧聚焦单精度流式内存计算。具备云接口与多应用节点托管虚拟服务器。

4. 天河二号A

广州国家超算中心天河二号

性能： 61.4 petaFLOPS
核心数： 4,981,760

厂商： 国防科大 (NUDT)
部署： 中国广州国家超算中心

16,000+计算节点，全球最大规模Intel Ivy Bridge与Xeon Phi处理器部署。单节点88GB内存，总内存（CPU+协处理器）1,375 TiB。投资24亿人民币（约3.9亿美元）。现主要用于仿真分析、政府安全应用。

3. 神威·太湖之光

性能： 93 petaFLOPS
核心数： 10,649,600

厂商： 国家并行计算机工程技术研究中心 (NRCPC)
部署： 中国无锡国家超算中心

算力源自自主多核SW26010 CPU，集成计算处理元 (CPE) 与管理处理元 (MPE)。单核峰值超3 teraFLOPS（260个CPE集成于单CPU）。每CPE配备用户控制的擦除内存作缓存，大幅缓解内存墙瓶颈。除生命科学、药物研发，曾用10万亿数字粒子模拟宇宙。中国目标2030年引领AI。

2. Sierra

图片来源：Wikimedia

性能： 94.6 petaFLOPS
核心数： 1,572,480

厂商： IBM
部署： 美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室

持续性能较前代Sequoia提升6倍，负载性能提升7倍。融合IBM Power 9 CPU与NVIDIA Volta GPU双芯片架构。专为核武器系统性能评估设计。用于库存管理预测应用——美国无核试验条件下的核武器可靠性测试维护计划。

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1. Summit (巅峰)

图片来源：ORNL

性能： 148.6 petaFLOPS
核心数： 2,414,592

厂商： IBM
部署： 美国橡树岭国家实验室

峰值200 petaFLOPS，即每秒200千万亿次浮点运算。全球第三能效超算，实测14.66 gigaFLOPS/瓦特。4,600+服务器占地两个篮球场，装载9,200+ IBM Power9处理器、27,600+ NVIDIA Tesla V100 GPU，185英里光纤互联，功耗可供8,100户家庭。2018年分析基因组数据时突破百亿亿次大关：峰值吞吐1.88 exaops，近20亿亿次/秒计算。美国目标明年建成全功能百亿亿级计算生态，Summit是关键里程碑。

1. 富岳 (Fugaku)

性能： 442 petaFLOPS
核心数： 7,630,848

厂商： 富士通
部署： 日本理化学研究所计算科学中心

理论峰值537 petaFLOPS，蝉联全球最快超算榜首。首个登顶的ARM架构超算。依HPCG基准测试，性能超越世界第2-5名总和。日本政府自2014年起投入约10亿美元研发/采购/应用开发。运行双操作系统：Linux处理POSIX兼容服务，轻量级多内核OS (IHK/McKernel) 跑高性能仿真。聚焦高优先级社会科学难题：天气预报、清洁能源、药物发现、精准医疗、量子力学探索。

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常见问题

超算运行什么软件？

几乎所有现代超算用Linux。核心原因：开源特性。超算专用定制OS开发维护成本极高耗时极长。Linux免费、可靠、易定制，可为每台超算配置/分发专用版本。

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谁在使用超算？

科学家/研究员主导使用，执行计算密集型任务，领域包括：

• 气动研究与天气预报
• 加密强度测试
• 分子动力学模拟
• 金融与市场研究
• 3D核试验模拟
• 药物发现
• 空间研究

哪国超算最多？

2021年TOP500榜单：中国188台，美国122台，日本34台。前两国占全球最强超算62%。

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超算未来趋势？

Technavio预测：2021-2025年全球超算市场增量125亿美元，复合年增长率20%。AI/ML/云技术普及是主因。复杂物理/化学/环境问题对高精模型需求将进一步加速增长。总体而言，精密应用激增将持续拉动超算需求，政府实体将成最大营收贡献端。