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2025-07-31 09:01:02
【导语】在现代科技领域，超级计算机以其惊人的(de)算(suàn)力(lì)引(yǐn)领(lǐng)着(zhe)科(kē)学(xué)探(tàn)索(suǒ)和(hé)技(jì)术(shù)创(chuàng)新(xīn)的(de)前(qián)沿(yán)。然(rán)而(ér)，面(miàn)对(duì)如(rú)此(cǐ)强(qiáng)大(dà)的(de)计(jì)算(suàn)规(guī)模(mó)，人(rén)们(men)往(wǎng)往(wǎng)担(dān)忧(yōu)其(qí)能(néng)耗问题。本文将通过探讨我国“神威·太湖之光”超级计算机的独特设计与节能技术，揭示超级计算机如何在高强度运算下保持高效与稳定，同时实现绿色节能。从架构策略、散热系统到能效优化机制，我们将深入了解超级计算机背后的科技奥秘，见证我国高性能计算领域的重大跨越。
出品：
作者：杨超（中国科普作家协会）
监制：中国科普博览
通过前几篇文章，我们不仅见识了超级计算机的强大算力及其国产高性能芯片，也探索了它与日常生活的紧密联系。面(miàn)对(duì)这(zhè)种(zhǒng)动(dòng)辄(zhé)千(qiān)万(wàn)核(hé)、用(yòng)于(yú)模(mó)拟(nǐ)宇(yǔ)宙(zhòu)或(huò)预(yù)测(cè)气(qì)候(hou)的(de)超级计算机，有人可能会问：计算规模如此庞大，岂不是会带来惊人的能耗负担？
事实上，现代超算的发展正在打破“性能越强，功耗越高”的传统认知。我国的“神威·太湖之光”超级计算机便是如此——不仅算(suàn)力(lì)惊人，还以绿色节能著称。
反观我们常用的笔记本电脑，经常会出现发烫的情况。如果还是在插电状态下，一边开着视频会议、一边后台跑模型，还顺便浏览几页论文，那么你一定会感受到那种掌心火山般的灼热。
这不禁让人疑惑，同样是用电，为什么我的笔记本烫得像个暖手宝，而超级计算机却能在高强度运算下从容运行？答案藏在它们背后不同的设计与技术架构中。
笔记本电脑发热
（图片来源：作者使用AI生成）
设计目的不同，轻量便携vs长期稳定
你的笔记本电脑是为移动办公、轻量娱乐设计的。它必须轻薄、易携带，这就意味着不能放进太多散热材料，也不能使用体积庞大的冷却系统。为了满足性能需求，它往往采用少量高主频的CPU核心，比如4核8线程、频率可达3GHz（吉赫兹）以上，在高负载时快速升温。
而神威·太湖之光这种超级计算机则截然不同——它部署在国家超级计算无锡中心，拥有数千平方米专用空间，无需考虑便携性。这种规模优势让它能够专注于一个核心目标：长时间稳定、高效地运行上千万个核心。所以即使其体积庞大，也在设计范围内。
神威·太湖之光超级计算机
（图片来源：国家超级计算无锡中心）
架构策略不同，高频单核vs多(duō)核(hé)并(bìng)行(xíng)
笔记本采用的是“少核高频”策略——用较少的核心完成尽可能多的计算，这虽然短时效率高，但每个核心承担的功率也高，热量自然堆积。
而神威·太湖之光使用的是国产SW26010处理器，每颗芯片拥有256个计算核心，全系统总计约1065万个核心。它采用多核低频高并行架构，把任务分散给成千上万个小核心，每个核心频率(lǜ)不(bù)高(gāo)，但(dàn)整(zhěng)体(tǐ)协(xié)作(zuò)效(xiào)率(lǜ)惊(jīng)人(rén)，同(tóng)时(shí)每(měi)个(gè)核(hé)心(xīn)发(fā)热(rè)量(liàng)也(yě)很(hěn)低(dī)。
SW26010架(jià)构(gòu)以(yǐ)及(jí)从(cóng)核(hé)阵(zhèn)列(liè)结(jié)构(gòu)逻(luó)辑(ji)示(shì)意(yì)图(tú)
（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：国(guó)家(jiā)超(chāo)级(jí)计(jì)算(suàn)无(wú)锡(xī)中(zhōng)心(xīn)）
散(sàn)热(rè)系(xì)统(tǒng)不(bù)同(tóng)，微(wēi)风(fēng)扇(shàn)vs液(yè)冷(lěng)巨(jù)阵(zhèn)
另(lìng)一(yī)个(gè)关键区(qū)别(bié)在(zài)于(yú)散(sàn)热(rè)系(xì)统(tǒng)：你(nǐ)的(de)笔(bǐ)记(jì)本(běn)最(zuì)多(duō)装(zhuāng)了(le)一(yī)个(gè)几(jǐ)厘(lí)米(mǐ)见(jiàn)方(fāng)（正(zhèng)方(fāng)形(xíng)）的(de)小(xiǎo)风(fēng)扇(shàn)，这(zhè)种(zhǒng)设(shè)计(jì)在(zài)使(shǐ)用(yòng)中(zhōng)容(róng)易(yì)被(bèi)灰(huī)尘(chén)堵(dǔ)住(zhù)，加(jiā)上(shàng)内(nèi)部(bù)空(kōng)间(jiān)紧(jǐn)凑(còu)，热(rè)量(liàng)散(sàn)不(bù)出(chū)去(qù)。这(zhè)就(jiù)如(rú)同(tóng)在(zài)密(mì)闭(bì)的(de)储(chǔ)物(wù)间(jiān)里(lǐ)用(yòng)微(wēi)型(xíng)电(diàn)扇(shàn)试(shì)图(tú)降(jiàng)温(wēn)——热(rè)量(liàng)不(bù)断(duàn)积(jī)聚(jù)，机(jī)身(shēn)温(wēn)度(dù)自(zì)然(rán)飙(biāo)升(shēng)。
而(ér)神(shén)威(wēi)·太(tài)湖(hú)之(zhī)光(guāng)的(de)散(sàn)热(rè)系(xì)统(tǒng)则(zé)是(shì)液(yè)冷(lěng)级(jí)别(bié)。冷(lěng)却(què)液(yè)通(tōng)过(guò)导(dǎo)管(guǎn)循(xún)环(huán)，精(jīng)准(zhǔn)带(dài)走(zǒu)每(měi)一(yī)个(gè)机(jī)架(jià)、每(měi)一(yī)块(kuài)芯(xīn)片(piàn)产(chǎn)生(shēng)的(de)热(rè)量(liàng)。这(zhè)就(jiù)像(xiàng)一(yī)台(tái)电(diàn)脑(nǎo)浸(jìn)泡(pào)在(zài)“智(zhì)能(néng)水(shuǐ)冷(lěng)浴(yù)池(chí)”中(zhōng)，即(jí)便(biàn)长(zhǎng)时(shí)间(jiān)高(gāo)强(qiáng)度(dù)计(jì)算(suàn)，也(yě)能(néng)保(bǎo)持(chí)理(lǐ)想(xiǎng)温(wēn)度(dù)。
能(néng)效(xiào)优(yōu)化(huà)机(jī)制(zhì)不(bù)同(tóng)，被(bèi)动(dòng)降(jiàng)温(wēn)vs主动(dòng)能(néng)控(kòng)
笔(bǐ)记(jì)本(běn)电(diàn)脑(nǎo)的(de)过(guò)热(rè)保(bǎo)护(hù)机(jī)制(zhì)相(xiāng)对(duì)被(bèi)动(dòng)——当(dāng)温(wēn)度(dù)过(guò)高(gāo)时(shí)，自(zì)动(dòng)降(jiàng)频，牺牲性能来“保命”。但这种调节往往滞后，热量已经积累起来，用户感受依旧烫手。
相比之下，超级计算机采用前瞻性能效管理：运行任务前就会进行精确的任务调度，依据芯片负载、功率预算、冷却效率(lǜ)等做出动态能耗分配，既保证性能，又维持能效。神威·太湖之光的系统能效比高达6GFLOPS/W（每瓦电完成60亿次运算），在全球同类系统中名列前茅。
所以，当你的笔记本电脑化身“暖手宝”时，那些在冷气机房里默默运行的超级计算机，却能在持续高强度运算中保持高效与稳定。这靠的不是魔法，而是从架构到冷却的全面系统设计。
总结
通过这四篇文章，我们全面了解了神威·太湖之光超级计算机：它拥有领先世界的强大算力，采用自主研发的中国芯片，在气象预测、新药研发等领域发挥重要作用，同时还具备领先的节能技术。它的诞生，标志着我国在高性能计算领域实现了从跟跑到领跑的重大跨越。未来，随着算力需求的持续增长，神威·太湖之光所积累的技术经验，将为建设数字中国提供重要支撑。
参考文献：
[1] 胡怡, 陈道琨, 杨超, 等. 国产 SW26010-Pro 处理器上 3 级 BLAS 函数众核并行优化[J]. 软件学报, 2023, 35(3): 1569-1584.
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机器人保姆来了，都能干点啥？
