超级计算是超级计算机、软件开发系统和测试工具、算法、应用软件与通用库等的总和。
超级计算一词是随20世纪70年代初出现第一代向量计算机而提出的。超级计算是用计算机去研究、设计产品及支持复杂的决策。超级计算具有缩短产品上市时间、更快的性能等优势。其主要应用于计算流体动力学、基因组研究、游戏和医学研究等领域。
历史沿革
超级计算一词是随20世纪70年代初出现第一代向量计算机而提出的。从20世纪70年代中期至90年代中期，向量计算机经历了开拓发展、走向市场获得成功而广泛的应用、技术达到成熟等诸阶段。
工作原理
超级计算使用分布在互联网络上的计算节点集群。每个节点执行相同任务的子集，因此它们共同计算出最终的复杂结果。高性能计算集群由数百甚至数千个计算节点组成，其中每个节点包含大约8到 128个CPU。然后，网格中间件将这些计算资源与根据需要请求处理能力的高级应用程序连接起来。
节点
三种类型的节点可促进大多数超级计算机的运转。
用户节点
用户节点从计算网格请求资源。最终用户提出此请求后，用户节点就会将请求传递通过中间件并通知网格计算系统上的所有节点。
提供者节点
提供者节点为计算网格提供资源。当这些节点收到新的请求时，它们开始执行任务。许多提供者节点允许对称多处理，具有每秒最高操作次数的能力。中间件收集并返回结果。
控制节点
控制节点充当管理员，管理所有提供者节点资源的分配。中间件通信工具在控制节点上运行，将任务分配给特定的提供者。
运用过程
超级计算是利用海量 CPU 资源和高速网络进行大规模复杂数据处理的过程，以及用计算机去研究、设计产品及支持复杂的决策。例如地球科学模拟或 脱氧核糖核酸 分析，需要在短时间内同时处理数十亿甚至数万亿个数据点。超级计算技术是一种高性能计算形式，利用数百甚至数千个并行工作的节点来共同解决复杂的问题。超级计算节点通过基于硬件的加速器进行高度优化，能够以普通计算机无法达到的速度执行计算、交换和集成数据。
优势
缩短上市时间
超级计算支持复杂新产品的数字原型设计，提高效率并缩短制药、地热研究和其他数学领域等行业的产品上市时间。超级计算使用并行处理来显著减少完成复杂计算和物理模拟所需的时间。通常需要数周的计算只需很短的时间即可完成。可以通过加速模拟来加快研发阶段的速度。
采用人工智能、机器学习
人工智能（AI）和机器学习（ML）技术需要强大的计算能力来处理大量数据。可以使用超级计算来进行海量数据处理，例如每秒处理数万亿个数据点，从而对庞大的数据集提供高度的见解。超级计算为人工智能和机器学习提供支持，使这些技术能够大规模执行。
大数据分析
超级计算可以分析数万亿个数据点，所用时间仅为通常所需时间的一小部分。可以分析海量数据集，以及执行模式识别、数据提取、分析和其他数据分析操作。超级计算有助于简化金融、科学研究和医学等行业中的大数据分析，在这些行业中，同时并行处理数百万个数据至关重要。
更快的性能
典型的超级计算机比传统计算机快得多，因为 IT 工具使用可能来自数千个并行处理器的资源。超级计算机是必不可少的工具 — 它们更高的性能有助于加快任何与计算机相关的流程。
应用领域
计算流体动力学
计算流体动力学是使用复杂的数学建模来跟踪传热、流体运动、动量和其他相关流程的过程。floefd 依赖于快速产生超级计算擅长创建的全面模拟。例如，Formula 1 使用计算流体动力学技术来测试汽车的空气动力学特性。使用超级计算，他们可以在设计车辆时模拟不同的详细信息，从而缩短上市时间并提高效率。
基因组研究
超级计算的高级处理能力在研究高度复杂的基因组结构、功能和图谱时很有用。超级计算提供的每秒四万亿次浮点运算可让研究人员进行大规模的基因组研究。国家医学图书馆使用强大的超级计算机来产生序列读取存档（SRA）。SRA 拥有来自 900 多万次实验的测序结果，可让生物信息学学家全面分析其内容。
游戏
游戏工程师必须确保游戏玩家可以在不丢包、拥塞或丢帧的情况下畅玩游戏。超级计算可让开发人员增强图形、模拟物理和渲染逼真的设置。云计算的多处理器有助于处理数据并为游戏玩家和开发人员提供高性能。例如，NICE DCV 通过云向任何设备提供远程桌面和应用程序流式处理。这种支持可避免采用昂贵的专用工作站。通过使用这些超级计算机，开发人员可以在优化成本的同时实现高性能。
医学研究
医学研究是新药品和化学品的研究、开发和生产。超级计算资源为研究人员提供了同时研究数万亿个数据点所需的处理能力。从对分子建模到生产用于人类健康的新材料，现代超级计算机无处不在。
相关概念
超级计算利用超级计算机进行工作。超级计算是超级计算机、软件开发系统和测试工具、算法、应用软件与通用库等的总和。
超级计算机指能解决复杂计算的大型、非常快速、价格昂贵的计算机,而且它们通常还在结构上备有流水线部件和执行向量运算部件等。
向量计算机是结构非常特殊的采用流水线技术且备有向量硬件指令的计算机，因此适合它们的所谓向量算法一般相当专用和繁复。
相关对比
超级计算通常是指超级计算机使用的复杂的大型计算过程，而高性能计算（HPC）是指使用多台超级计算机来处理复杂的大型计算。 这两个术语经常互换使用。随着深度神经网络的成功和大数据的兴起，使得超级计算和高性能计算逐步走到一起，具体体现为，高性能计算机大量用于人工智能的训练和推理，智能算法也在帮助加速传统的高性能计算。大模型训练等智能应用对算力更是高度依赖，传统超算跟智能计算更是形影不离、彼此难分。
参考资料
什么是超级计算.什么是超级计算.2025-03-02
IBM.IBM.2025-03-02
未来计算，“超智”能否不分“你我”.科学网.2025-03-02