時光機—曾經排名第一的超級計算機系統

CM-5

:

1993年6月排名第一

1993年6月，當今天的第二個超級計算機TOP500榜單的前身首次釋出時，第一的位置被Thinking Machines Corporation製造並安裝在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的CM-5超級計算機佔據。CM-5擁有1，024個處理器，執行Linpack基準測試，效能為59。7 gigaflop / s。Thinking Machines不僅獲得了最高榮譽，而且該公司還建造了榜單上排名前10位的系統中的5個。

Numerical Wind Tunnel:

1993年11月排名第一

當第二個超級計算機TOP500名單在1993年超級計算會議上公佈時，排名第一的系統：日本國家航空航天實驗室的

Numerical Wind Tunnel

。

Numerical Wind Tunnel

是日本國家航空航天實驗室和富士通公司在一個聯合專案中開發的向量並行架構的早期實現。第一次部署採用了140個向量處理器，執行Linpack基準測試時達到了124。2千兆次/秒的效能。

該系統在1994年6月失去了第一名的位置，但隨著167個處理器的升級，

Numerical Wind Tunnel

以170千兆次/秒的Linpack效能重新奪回了第一名，並一直保持在榜首直到1995年12月。這是第一臺在廣泛的流體動力學應用程式中持續效能接近100 Gflop/s的超級計算機。該系統的向量處理器在Ga as晶片中具有低至60 ps的門延遲。產生的迴圈時間為9。5 ns。該處理器有四個獨立的管道，每個管道都能夠並行執行兩條乘法加法指令，從而使每個處理器的峰值速度達到1。7 Gflop/s。每個處理器板都配備了256 MB的中央記憶體。

Intel XP/S 140 Paragon:

1994年6月排名第一

1993年，桑迪亞國家實驗室安裝了一臺英特爾XP/S 140 Paragon超級計算機，該計算機在1994年6月的名單上名列第一。該系統擁有3680個處理器，以143。40千兆次/秒的速度執行Linpack基準測試。它是第一臺大規模並行處理器超級計算機，無疑是世界上速度最快的系統。英特爾為Paragon提供的作業系統OSF-1無法很好地擴充套件。Sandia工程師將其輕量級核心SUNMOS移植到Paragon。SUNMOS和相關的執行時軟體成為機器上操作的基礎。與此同時，Sandia開始開發第二代輕量級核心PUMA，該核心最終取代了SUNMOS，Intel和Sandia後來將其用作Cougar的基礎，Cougar是支援ASCI-Red的輕量級核心。

Paragon XP/S是加州理工學院於1992年推出的試金石三角洲實驗系統的產品化版本。Paragon系列基於Intel i860 RISC微處理器。在2D網格中連線了多達4000個I860。系統體系結構是一個分割槽系統，大多數系統由無盤計算節點和少量I/O節點互動服務節點組成。由於大部分節點沒有永久儲存，因此可以透過斷開一組具有機密磁碟的I/O節點的連線，然後連線一個非機密I/O分割槽，將計算分割槽從機密“紅/黑切換”到非機密。

Hitachi SR2201

：

1996年3月排名第一

前六次榜單以美國和日本爭奪第一的拉鋸戰為特色。1996年在曼海姆舉行的超級計算機發布的第七份名單顯示，日本保持了其在榜首的位置，但東京大學取代了日本國家航空航天實驗室。排名第一的系統是日立製造的1024處理器SR2201。它在執行Linpack基準測試時達到232。4千兆次。

Hitachi SR2201是一款分散式記憶體並行系統，於1996年3月推出。其處理器150 MHz HARP-1E基於PA-RISC 1。1體系結構，透過偽向量處理（PVP）解決了快取未命中懲罰問題。在PVP中，資料透過預取載入到一個特殊的暫存器組，繞過快取。每個處理器的峰值效能為300 Mblop/s，使SR2201的峰值效能達到600 Gblop/s。多達2048個RISC處理器可以透過高速三維交叉網路連線，該網路能夠在每條鏈路上以300 MB/s的速度傳輸資料。

1996年，TOP500榜單的作者指出了某些趨勢。在第一份清單（1993年6月）中，66%的已安裝系統基於ECL（發射極耦合邏輯），在1996年6月的清單中，所列500個系統中只有20%採用ECL。

與此同時發展的是，使用直接來自工作站的板構建計算節點，並與工作站系統二進位制相容的趨勢。最主要的例子是Power Challenge、IBM SP/2和Convex SPP。總之，這些系統佔所有500個系統的53%。

CP-PACS

：

1996年11月排名第一

第八屆TOP500榜單由日立公司製造並安裝在日本筑波大學計算科學中心的2048處理器CP-PAC名列前茅。該系統是日立SR2201的非商業擴充套件，在執行Linpack基準測試時實現了368。20千兆次浮點運算。CP-PACS專案旨在開發一種大規模平行計算機，旨在實現計算物理學主要問題的數值研究的高效能。1991年夏天開始規劃，1992年春，向教育、科學和文化部提交的一份提案被批准為教育、科學和文化部學術研究新發展計劃的一個專案。這項為期五年的專案於1992年4月正式啟動。

CP-PACS平行計算機的開發涉及該專案計算機科學家和物理學家的密切合作。一方面，就物理學家的計算需求進行了聯合討論，另一方面，就在技術可行的範圍內滿足這些需求的可能架構進行了聯合討論。透過此次合作，CP-PACS計算機的基本設計得以實現。1992年夏天，日立有限公司透過正式招標程式，被選中製造CP-PACS計算機。專案成員與日立有限公司密切合作開發該計算機。

ASCI Red

：1997年6月至2000年6月排名第一

Intel的ASCI-Red超級計算機是第一臺teraflop/s計算機，以1。068 teraflop/s的Linpack效能在1997年6月的第九屆TOP500排行榜上排名第一。

英特爾的ASCI紅色標誌著一個新的超級計算機時代的開始。90年代中期，當向量計算機開始變得不那麼重要時，美國能源部的ASCI（加速戰略計算倡議）計劃（專注於國防應用）開闢了一個全新的資金來源。ASCI Red是這一倡議的第一個產品，為美國在超級計算機的生產和實施方面的主導地位奠定了基礎。從技術角度來看，ASCI Red也是一臺卓越的超級計算機：

它是一臺基於網格（38 X 32 X 2）的MIMD大規模平行計算機，最初由7264個計算節點、1212 GB的總分散式記憶體和12。5 TB的磁碟儲存組成。這臺機器的最初版本使用Intel Pentium Pro處理器，每個處理器的時鐘頻率為200 MHz。這些處理器後來升級到奔騰II OverDrive處理器。該系統升級到總共9632個奔騰II Over-Drive處理器，每個處理器的時鐘頻率為333 MHz。

它由104個機櫃組成，佔地約2500平方英尺（230平方米）。該系統旨在使用大宗商品市場元件，並且具有很強的可擴充套件性。

ASCI Red在八年內躋身17次500強榜單之後，於2005年9月退役。1997年6月至2000年6月，它是前500強中速度最快的計算機，2000年11月，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的IBM的ASCI-White取代他成為排名第一的計算機。

ASCI Red是最後一臺完全由英特爾設計和組裝的超級計算機；當ASCI Red釋出時，英特爾的超級計算機部門已經關閉。

ASCI White

：

2000年11月至2001年11月排名第一

2000年11月，位於勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的IBM ASCI-White系統以4。9萬億次/秒的Linpack效能位居第一。該系統由512個節點組成，每個節點包含16個使用共享記憶體的IBM Power3處理器。這種層次結構在HPC中使用的系統中越來越普遍。

到2001年6月，Linpack在ASCI White上的效能已提高到7。2萬億次/秒，在另外兩個列表中保持第一的位置。

阿西·懷特位於勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的一個機密區域，被安置在200多個櫥櫃中，佔地面積有兩個籃球場那麼大，重達106噸。它包含6萬億位元組（TB）的記憶體，擁有超過160 TB的IBM TotalStorage 7133序列磁碟系統容量。

ASCI White位於勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的一個機密區域，被安置在兩百多個櫥櫃中，並覆蓋了一個空間……

The Earth Simulator supercomputer

（

地球模擬器

）

：

2002年6月至2004年6月排名第一

位於日本橫濱的地球模擬器中心的地球模擬器超級計算機於2002年6月以35。86 Tflop/s（每秒數萬億次計算）的效能位居榜首，執行Linpack基準測試，幾乎是IBM ASCI White系統性能的五倍，而IBM ASCI White系統在前三個列表中一直位居榜首。與前一個頂級系統相比，該系統以如此之快的速度躍升至頂級，這在500強歷史上是無與倫比的。效能差距也使地球系統連續五次蟬聯榜首。

地球模擬器是一臺執行全球氣候模型的高度並行向量超級計算機評估全球變暖的影響和固體地球物理學中的問題。該系統於1997年為日本航空航天局、日本原子能研究所和日本海洋科學技術中心（JAMSTEC）開發。1999年10月開工，2002年3月11日正式對外開放。該專案耗資600億日元。

由NEC建造的地球模擬器基於其SX-6架構。它由640個節點組成，每個節點有8個向量處理器和16GB的記憶體，總共有5120個處理器和10TB的記憶體。每1米x 1。4米x 2米機櫃安裝兩個節點。每個機櫃耗電20千瓦。該系統的磁碟儲存容量為700 TB（系統為450 TB，使用者為250 TB），磁帶機中的大容量儲存容量為1。6 PB。它能夠對大氣和海洋中的全球氣候進行整體模擬，解析度達10公里。

DOE/IBM

BlueGene

/L beta

：2004年11月至2007年11月排名第一

2004年11月，DOE/IBM BlueGene/L beta系統以其創紀錄的70。72萬億次/秒的Linpack基準效能位居第一。該系統在IBM Rochester現場組裝和測試。完成後，機器被轉移到加利福尼亞州利弗莫爾的勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室。按照大家熟悉的模式，BlueGene/L升級了三次，連續七次位居榜首。

2005年6月，該系統的規模比原來的配置擴大了一倍，並達到了創紀錄的Linpack基準效能136。8 TFlop/s。到2005年11月，BlueGene/L的規模再次擴大了一倍，並達到了創紀錄的Linpack基準效能280。6 TFlop/s）。當時，還沒有其他系統超過100 TFlop/s的水平，因此預測BlueGene/L將繼續穩居未來幾屆TOP500榜首。

當2007年11月的榜單釋出時，BlueGene/L仍位居榜首，其規模已大幅擴大，達到了Linpack 478。2 TFop/s的基準效能。但在連續七個榜單領先後，BlueGene/L的排名將告一段落。

Roadrunner

:

2008年6月至2009年6月排名第一

2008年6月，美國能源部洛斯阿拉莫斯國家實驗室安裝的名為“Roadrunner” IBM超級計算機系統的效能達到了1。026petaflop/s，成為有史以來第一臺達到這一里程碑的超級計算機。同時，Roadrunner也是500強中最節能的系統之一。

Roadrunner系統基於IBM QS22刀片，該刀片採用索尼PlayStation 3中處理器的高階版本構建。Roadrunner與許多當代超級計算機的不同之處在於，它是一個混合系統，使用兩種不同的處理器架構。該設計由AMD雙核Opteron伺服器處理器組成，每個Opteron核心上都連線有一個IBM PowerXCell 8i處理器。Roadrunner自2002年開始開發，2006年上線。由於其新穎的設計和複雜性，分三個階段建造，並於2008年全面投入使用。

到2008年11月，Roadrunner的效能略有提高，Linpack的基準效能為1。105萬億次。這使得該系統能夠勉強抵擋住橡樹嶺國家實驗室克雷XT5超級計算機捷豹的挑戰。

Jaguar

：

2009年11月至2010年6月排名第一

2009年11月，Cray XT5超級計算機在TOP500超級計算機排行榜上第三次將IBM超級計算機“Roadrunner”的從TOP500超級計算機從榜首趕下來，最終在2009年11月的第34版超級計算機Top500上佔據了榜首。這是它第三次打破IBM超級計算機在500強超級計算機排行榜上的排名。捷豹位於美國能源部橡樹嶺領導力計算設施。捷豹的Linpack效能達到1。759 PB/s，成為第二臺突破PB/s的計算機。

捷豹系統自2005年作為25萬億次的Cray XT3安裝以來，經歷了一系列升級。到2008年初，捷豹已成為263萬億次的Cray XT4。2008年，捷豹擴充套件了1。4-petaflop Cray XT5。到2009年，由此產生的系統有超過200000個處理核心與Cray的Seastar2+網路進行內部連線。捷豹的XT4和XT5部件使用InfiniBand網路組合成一個單一系統。

2010年6月，捷豹以其1。759 PB/s的Linpack效能保持了其第一大系統的地位，儘管另一個系統的理論峰值效能更高。

天河-1A

:

2010年11月排名第一

第36版超級計算機Top500證實了中國天河-1A系統在天津國家超級計算機中心奪冠的傳聞，其效能達到2。57萬億次/秒。這一事件標誌著中國系統首次登上榜首。

2010年10月，有關天河一號（意思是天空中的河流）效能的傳言開始流傳，並在該系統於當月在中國HPC 2010上揭幕時得到證實。這臺超級計算機由中國國防科技大學（NUDT）設計，用於解決石油勘探和大型飛機設計模擬的研究問題。

天河一號是一款混合設計，採用14336個Intel Xeon處理器和7168個NVIDIA Tesla GPU作為加速器。每個節點由連線到兩個Xeon處理器的兩個GPU組成。雖然處理器由美國公司生產，但天河1A互連由中國研究人員開發，能夠以大約兩倍於普通商業互連的速度處理資料。

京

(

K）

:

2011年6月至2011年11月排名第一

2011年6月，一臺能夠每秒執行816萬億次計算（PB/s）的日本超級計算機成為新的排名第一的系統，這是自2004年11月地球模擬器退役以來，日本首次重返榜首。該系統名為京（K）計算機，位於神戶理研計算科學高階研究所（AICS）。K計算機是以日語單詞“kei”命名的，它代表1000億萬億。

富士通（Fujitsu）製造的K計算機最初由68544個SPARC64 VIIIfx CPU組合而成，每個CPU有8個核，總計548352個核，幾乎是當時任何其他系統的兩倍。京（K）計算機的功能也比列表中接下來五個系統的功能加起來還要強大。

2011年11月，K計算機保持了第一的位置，成為第一臺使用705024 SPARC64處理核心進行全面構建後，速度達到10petaflop/s的計算機。升級後的系統在Linpack基準測試上達到了令人印象深刻的10。51 petaflop/s。京（K）計算機也是名單上最節能的系統之一。

Sequoia

:

2012年6月排名第一

自2009年11月以來，2012年6月，美國超級計算機首次躋身500強榜首。安裝在美國能源部勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LawrenceLivermore National Laboratory）的IBM BlueGene/Q系統名為紅杉（

Sequoia

），透過使用1572864核執行Linpack基準測試，其效能達到16。32petaflop/s。

Sequoia

是第一個使用100多萬個核心構建的系統。

Sequoia

（紅杉）主要採用水冷式，由96個機架組成；98304個計算節點；160萬芯；和1。6 PB的記憶體。雖然比ASC紫色和藍色基因/L、

Sequoia

（紅杉）相對於這些系統的峰值速度，它的能效大約是紫色的90倍，大約是BG/L的8倍。

Sequoia

將使模擬能夠以前所未有的細節水平探索現象。

Sequoia

致力於國家核安全域性的高階模擬和計算（ASC）專案，以管理國家核武器儲備，這是LLNL、洛斯阿拉莫斯國家實驗室和桑迪亞國家實驗室的共同努力。

Titan

： 2012年11月排名第一

當SC12開始釋出第40版超級計算機Top500名單時，排名第一的是一個560640處理器系統Titan，其Linpack效能為17。6 PB/s。橡樹嶺國家實驗室的Titan是一個Cray XK7系統，它依賴GPU和傳統CPU的組合，使其成為世界上最強大的超級計算機。Titan的18688個節點中的每個節點都包含一個NVIDIA Tesla K20 GPU和一個16核AMD Opteron 6274 CPU處理器，使系統的峰值效能超過27 PB。Titan還有超過700 TB的記憶體。

Titan對GPU的使用也為未來的科學超級計算機指明瞭方向。由於GPU提供了高效能和節能的計算能力，它們將允許超級計算系統變得更加強大，同時避免規模和功耗不斷增長所固有的障礙。

研究團隊已經為Titan做了兩年的準備，最佳化他們的程式碼以利用GPU。關於泰坦的早期專案包括模擬材料的磁性、內燃機中的湍流燃燒、核動力反應堆中的中子輸運以及長期氣候變化。

天河二號（

Tianhe-2

）

：2013年6月至2015年11月排名第一

中國國防科技大學開發的超級計算機天河二號（Tianhe-2）保持著世界第一的地位，在Linpack基準上的效能為33。86萬億次/秒（每秒計算萬億次）。它是由中國國防科技大學（NUDT）與中國It公司浪潮（Inspur）合作建造的。

據NUDT稱，天河二號將用於模擬、分析和政府安全應用。它擁有16000個計算機節點，每個節點由兩個Intel Ivy Bridge Xeon處理器和三個Xeon Phi晶片組成，是世界上安裝Ivy Bridge和Xeon Phi晶片最多的節點，總計312000個核。16000個節點中的每個節點都擁有88 GB的記憶體（Ivy Bridge處理器使用64 GB，Xeon Phi處理器使用8 GB）。總CPU加上協處理器記憶體為1375 TiB（約1。34 PiB）

神威·太湖之光

：

2016年6月至2017年11月排名第一

神威·太湖之光目前正在無錫市的國家超級計算中心投入執行，該中心是一個製造和技術中心，距上海西面兩小時車程。該系統將用於氣候、天氣和地球系統建模、生命科學研究、先進製造和資料分析等領域的各種研究和工程工作。

這臺超級計算機是由國家平行計算機工程與技術研究中心（NRCPC）開發的，該組織設計了泰胡萊特的前身，即安裝在濟南國家超級計算中心的神威·藍光系統。BlueLight是一臺796兆每秒的超級計算機，於2011年部署。

BlueLight由較舊版本的神威處理器（ShenWei processor）提供動力，神威處理器是第三代16核晶片，稱為SW1600，最高可達140千兆次。在該系統上線後的五年裡，NRCPC開發了一種功能更強大的處理器SW26010，這是一種260核的晶片，可以產生3兆次以上的浮點運算。神威·太湖之光在其40960個節點中的每一個節點中都有一個SW26010，這在整個機器（超過1000萬個核心）中累積了125個峰值PB。當然，Linpack會留下一些失敗的機會，但93 PB的失敗代表了相當高的74%的峰值效能收益率。

Summit

：

2018年6月至2019年11月排名第一

Summit是一臺IBM製造的超級計算機，目前在美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）執行，它在高效能Linpack（HPL）上以122。3 PB的效能位居榜首，Linpack是排名前500名的基準。Summit有4356個節點，每個節點配備兩個22核Power9 CPU和六個NVIDIA Tesla V100 GPU。這些節點透過Mellanox雙軌EDR InfiniBand網路連線在一起。

富嶽

（

Fugaku

）

：

2020年6月以來排名第一

該超算由日本理化學研究所和製造商富士通共同推進開發。Fugaku由富士通的48核A64FX SoC提供支援，成為名單上第一個由ARM處理器提供支援的系統。

Frontier

：

2022年6月以來排名第一

美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的前沿系統基於最新的HPE Cray EX235a體系結構，並配備AMD EPYC 64C 2GHz處理器，該系統共有8730112個核，功率效率額定值為52。23千兆次/瓦，並依賴千兆乙太網進行資料傳輸。