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随着计算技术的发展，科学计算对超级计算机的计算能力提出了越来越高的需求，超级计算机为解决国家经济建设、科学进步、国家安全等一系列重大挑战性问题提供了不可替代的重要作用。

本研究报告对超级计算机这一课题进行了简单梳理，包括以下内容：

• 超级计算机概述。首先对超级计算机进行定义，其次对超级计算机的评价体系和研究价值进行介绍，对超级计算机的发展历程进行梳理。

• 超级计算机技术原理。将超级计算机技术分为基础层、中间层和应用层三个层次来进行介绍。

• 超级计算机领域专家介绍。基于AMiner大数据，对超级计算机领域专家进行深入挖掘和介绍。

• 超级计算机发展趋势预测。超级计算机在科学和工程领域，以及现实生活中应用广泛，有着极为广阔的发展前景，在结合当前应用的基础上，对超级计算机未来的发展趋势作出了相应的预测。

概述篇

超级计算机评价体系目前较为专业的有如下三种。

超级计算机的发展过程中经历了4个较重要的阶段：

• 国防驱动阶段(1950s——mid-1960s)：军事目标下的国家资助模式

• 公司主导阶段(mid-1960s——1970s)：成本降低、向量处理起步

• 蓬勃发展阶段(1980s——1990s)：日本崛起、并行计算流行

• 多向发展阶段（21世纪以来）：中国赶超、异构集群系统夺魁

技术篇

超级计算机技术有三个层次：基础层、中间层和应用层。其中，基础层主要是超级计算机的基本原理与方法，应用层涉及超级计算机使用场景，而中间层则包含了数据存储、计算、管理等多重技术支持，正是有了中间层的链接，超级计算机原理才能落实到应用问题解决之中。

基础层

按照并行计算方式是单指令多数据流（SIMD）还是多指令多数据流（MIMD），存储器是共享还是分布，可以将超级计算机系统的架构作如下划分：

中间层

高性能计算机节点规模庞大、硬件设备繁多，软件配置复杂。随着用户数量和作业数量的增加、作业队列数目和长度的增加，有必要对高性能计算机进行更加专业系统的管理和维护以充分发挥其性能。

应用层

随着计算机科学的成熟，越来越多的科研创新和应用问题解决离不开海量数据、高速计算，超级计算机成为了诸多领域不可或缺的技术手段。

人才篇

全球学者分布图

AMiner基于发表于国际期刊会议的学术论文，对超级计算机领域h-index排名全球TOP1000的学者进行计算分析，绘制了该领域学者全球分布地图。

美国在这一领域人才最多、最为集中，中国紧随其后，西欧的英国、荷兰、德国、意大利、瑞士，亚洲的日本、印度等也有不少超级计算机人才，南美洲、非洲和大洋洲则人才比较匮乏。这与国家超级计算机发展水平呈正相关。

中国学者分布图

我们以“super computer”为关键字在AMiner数据库中对国内超级计算机人才进行挖掘，得到了国内超级计算机领域人才（全球TOP1000中分布于中国的学者）分布图。超级计算机学者在中国集中于北京及广州等有计算机基础的地方。

AMiner基于发表于国际期刊会议的学术论文，对超级计算机领域内的专家进行深入挖掘，并按照相关度和影响力等对专家进行排序和分类，排序和分类规则主要参考专家的h-index、paper、citation、专家所获得的荣誉、任职机构排名、专家Activity、Sociability以及Diversity等。

报告中选取了国内外10位学者做简单介绍（详情见报告）。

市场篇

作为世界高性能计算领域规模最大的权威会议之一，国际高性能计算大会每半年公布一次全球超级计算机TOP500榜单。根据超级计算机TOP500最新榜单，中国已经成为全球拥有最多超级计算机的国家，全球TOP500的超级计算机中，有206台是中国研制的，美国则拥有124台。

排名	国家和地区	排名进入TOP500的计算机数量	所占百分比	处理器总数
1	中国	206	41.2%	25,107,680
2	美国	124	24.8%	15,829,720
3	日本	36	7.2%	7,170,408
4	英国	22	4.4%	1,678,220
5	德国	21	4.2%	1,422,814
6	法国	18	3.6%	1,816,720
7	荷兰	9	1.8%	424,800
8	韩国	7	1.4%	843,300
9	爱尔兰	7	1.4%	334,824

趋势篇

AMiner通过挖掘1980-2017年间超级计算机领域论文信息，计算出超级计算机近期热点。图中每个彩色分支表示一个关键词领域，其宽度表示该关键词的研究热度，各关键词在每一年份（纵轴）的位置是按照这一时间点上所有关键词的热度高低进行排序。

分析发现：80年代到90年代中后期，超级计算机相关研究中热度较高的关键词为“并行处理（parallel processing）”、“高性能计算（high performance computing）”等技术基础；

1996年到2004年期间，评价类关键词如基准问题测试（instruction sets）、热度提高等部分后续研究热点陆续出现；

2004年以来，超级计算机整体热度大幅提升，其中能源效率（energy efficient）、程序设计模型（programming model）、图形处理器（graphics processing units）等应用类方向成为研究重点。

版权声明

AMiner属于清华-青岛数据科学研究院科技大数据研究中心。

（www.ids.tsinghua.edu.cn）

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