高性能計算機能用來打游戲嗎？

2025年11月8日，第七屆中國超級算力大會（ChinaSC2025）在京舉行。會上發布了《2025中國高性能計算機（HPC）性能TOP100榜單》，這一榜單自2002年首次發布以來，已連續發布24年，成為中國乃至全球觀察中國高性能計算領域發展水平、技術趨勢和應用動向的重要窗口和權威參考。本次榜單的榜首，2023年部署于某超算中心的主機系統，其峰值計算性能達到了驚人的620 PFLOPS（PetaFLOPS，即每秒一千萬億次浮點運算），實測性能（LINPACK）也達到了487.94 PFLOPS。這一數字不僅刷新了中國HPC系統的性能紀錄，也標志著中國在全球超算領域的領先地位得到進一步鞏固。

面對如此強大的數據，可能已經有朋友想知道，超級計算機與我們生活中用的個人計算機（PC）有哪些區別，如果用高性能計算機來打游戲那豈不是要起飛？那今天我們就來了解一下，什么是高性能計算機，高性能計算機都有什么用途。

“神威·太湖之光”超級計算機

圖片來源：國家超級計算無錫中心

什么是高性能計算機（HPC）

高性能計算機（High Performance Computing，HPC）并非指單一的、功能強大的計算機，而是一個由大量計算節點（可以理解為高性能的服務器）通過高速網絡連接而成的龐大計算集群。一個典型的HPC系統主要由三個核心部分構成：計算系統、高速互聯網絡和存儲系統。計算系統是HPC的“大腦”，由大量的計算節點組成，每個節點通常包含多個高性能的多核或眾核處理器（CPU）以及用于加速計算的圖形處理器（GPU）或其他加速器。高速互聯網絡則是HPC的“神經網絡”，負責在成千上萬個計算節點之間高速、低延遲地傳輸數據，確保各個節點能夠高效協同工作。存儲系統則是HPC的“記憶庫”，用于存放海量的計算數據和結果，通常采用并行文件系統，以提供極高的數據讀寫帶寬。所以HPC的本質是一種聚合計算資源，通過并行處理技術，將成千上萬的處理器核心協同工作，以實現對復雜科學、工程和商業問題的快速求解，其強大之處在于其能夠處理“海量數據”和“復雜模型”，例如，模擬全球氣候變化需要處理PB（1 PB=1000 TB）級別的數據，而模擬一個蛋白質分子的折疊過程則需要進行萬億次級別的浮點運算，這些都是普通計算機無法勝任的。國家超級計算天津中心主任劉光明曾用一個生動的比喻來形容超級計算機“天河一號”的運算能力：它運算1小時，相當于全國13億人同時用計算器計算340年以上。這種驚人的計算能力，使得HPC成為國家科技創新和產業發展的“國之重器”，在氣候模擬、新藥研發、材料設計、人工智能等領域發揮著不可替代的作用。

“天河二號”超級計算機

圖片來源：國家超級計算廣州中心

HPC vs PC

HPC的架構設計理念與家用電腦截然不同，它采用的是一種“集群”或“分布式”的架構。相比之下，我們日常使用的普通家用電腦，也就是個人計算機（PC）的架構則是一種“單打獨斗”的模式，它通常是一個獨立的系統，核心是一顆或兩顆多核CPU（例如，常見的4核、8核或16核），負責處理系統中的所有計算任務。雖然現代家用電腦也配備了GPU，但其主要用途是處理圖形渲染任務，以支持高清視頻播放和3D游戲，其架構和驅動程序并非為大規模科學計算而優化。個人計算機的系統總線、內存帶寬和存儲速度都是圍繞滿足單個用戶的需求來設計的，其性能瓶頸在于單個處理器的處理能力和串行任務的執行效率，當面臨需要海量計算和數據處理的任務時，便會顯得力不從心，例如，一個需要個人計算機數天甚至數周才能完成的復雜仿真任務，在HPC上可能只需要幾小時甚至幾分鐘就能完成，這種效率上的巨大差異，正是兩者架構本質不同的直接體現。

既然高性能計算機比普通家用電腦強大這么多，那用超級計算機打游戲或者運行我們常用的軟件豈不是爽到飛起？

事實并非如此。HPC的核心優勢在于并行計算，即將一個大任務分解成無數個小任務，交由成千上萬個計算核心同時處理。然而，大多數游戲的核心邏輯是串行的，即需要按順序一步步執行。雖然游戲中的圖形渲染、物理效果等部分可以并行化，但游戲的主循環、AI決策、用戶輸入處理等核心邏輯很難被有效地并行化。因此，將游戲運行在HPC上，大部分計算核心可能處于閑置狀態，無法發揮其并行計算的優勢。此外，HPC的處理器（如“申威26010”）采用的是為科學計算優化的指令集和架構，與游戲所需的架構不同，這導致游戲程序無法直接在HPC的處理器上運行。

申威26010架構以及從核陣列結構邏輯示意圖

圖片來源：國家超級計算無錫中心

高性能計算機已深入生產生活

說了這么多，高性能計算機到底都能用在哪里呢？

高性能計算機應用領域分布

圖片來源：光明網

在基礎科學研究領域，HPC是探索未知世界的“望遠鏡”和“顯微鏡”。它能夠模擬和解析那些實驗手段難以觸及或成本極高的自然現象，從而拓展科學的邊界。

在生命科學領域，HPC的應用正在深刻地改變著我們對生命本質的理解和疾病治療的方式。其中，基因組學是其最重要的應用方向之一。對人類基因組進行測序和分析，會產生海量的數據。例如，一個完整的人類基因組包含約30億個堿基對，對其進行高精度測序和比對分析，需要動用HPC進行大規模的并行計算。通過HPC，科學家可以在數小時或數天內完成一個基因組的分析，而使用傳統計算機可能需要數月甚至數年。這使得大規模人群的基因組研究成為可能，為揭示遺傳病的發病機制、尋找疾病的生物標志物以及實現個性化精準醫療奠定了堅實的基礎。

在藥物研發方面，HPC同樣發揮著至關重要的作用。傳統的藥物發現過程漫長且成本高昂，通常需要耗費十年以上的時間和數十億美元的資金。而基于HPC的計算模擬，可以極大地加速這一過程。科學家可以利用HPC模擬藥物分子與靶點蛋白（如病毒的關鍵酶）的相互作用，通過分子動力學模擬，在原子層面上觀察藥物分子如何與靶點結合，以及結合后的構象變化。這種方法可以在計算機上快速篩選數百萬甚至數十億個候選化合物，從中找出最有潛力的“先導化合物”，從而將實驗室中的“大海撈針”式篩選，轉變為高效的計算機輔助藥物設計（CADD）。

氣候和環境科學是HPC應用最經典、最成功的領域之一。全球氣候系統是一個極其復雜的非線性系統，受到大氣、海洋、陸地、冰雪等多個圈層相互作用的影響。要對未來天氣和氣候變化做出準確的預測，就需要求解描述這些物理過程的復雜偏微分方程組。這些方程組無法用解析方法求解，只能通過數值方法進行離散化，然后在計算機上進行模擬。HPC使得高分辨率、長時效的氣候模擬成為可能。通過將地球表面劃分為數百萬甚至數千萬個網格點，并在每個網格點上求解物理方程，HPC可以模擬出全球范圍內的風、云、降水、溫度等氣象要素的演變。

除此之外，在《流浪地球》等科幻電影的特效制作、汽車碰撞模擬分析、金融風險預警等領域的背后，都有著高性能計算機的強力支持。

作為科技創新的核心引擎，強大的計算能力已經滲透到科學研究、工程設計和商業分析的方方面面，深刻地改變了我們認識世界、改造世界和決策的方式。從微觀的基因序列到宏觀的宇宙演化，從尖端飛行器的設計到日常消費品的研發，高性能計算機都扮演著不可或缺的角色。它通過高精度的數值模擬和大數據分析，極大地縮短了研發周期、降低了成本，并使得許多過去無法實現的科學探索和技術創新成為可能。

在當前復雜的國際形勢下，實現核心技術的自主可控，是中國高性能計算機發展的必然選擇。這包括核心芯片、操作系統、編譯器、并行編程環境等關鍵軟硬件的國產化。我國在這方面已經取得了長足的進步。例如，“神威·太湖之光”實現了包括“申威26010”處理器在內的所有核心部件的全面國產化。新一代的“天河星逸”系統也采用了國產的計算架構和處理器。在軟件生態方面，我國也在積極構建自主的HPC應用生態，開發了一系列面向領域的超算應用平臺，支持各行各業取得了顯著的應用實效。未來，我國還將繼續加大對HPC核心技術的研發投入，構建更加完善和開放的國產HPC軟硬件生態，確保國家信息安全和科技發展的主動權，在科研突破的攻堅中、在產業升級的浪潮里，HPC正以“國之重器”的姿態，托舉著科技自立自強的夢想。

申威26010

圖片來源：國家超級計算無錫中心

參考資料

https://tech.gmw.cn/2025-11/11/content_38405891.htm

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2025/11/387143.shtm

https://www.cma.gov.cn/2011xwzx/2011xmtjj/201702/t20170215_392407.html

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/10/306288.shtm

https://fsc.fzu.edu.cn/info/1041/1146.htm

https://fms.news.cn/swf/2016_qmtt/6_20_2016_jsj/index.html

https://mp.weixin.qq.com/s/G7-eGQmECJf3F6_x-K-pLw

來源：蝌蚪五線譜

編輯：夜凌Ryelin

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