高性能计算机能用来打游戏吗？

2025年11月8日，第七届中国超级算力大会（ChinaSC2025）在京举行。会上发布了《2025中国高性能计算机（HPC）性能TOP100榜单》，这一榜单自2002年首次发布以来，已连续发布24年，成为中国乃至全球观察中国高性能计算领域发展水平、技术趋势和应用动向的重要窗口和权威参考。本次榜单的榜首，2023年部署于某超算中心的主机系统，其峰值计算性能达到了惊人的620 PFLOPS（PetaFLOPS，即每秒一千万亿次浮点运算），实测性能（LINPACK）也达到了487.94 PFLOPS。这一数字不仅刷新了中国HPC系统的性能纪录，也标志着中国在全球超算领域的领先地位得到进一步巩固。面对如此强大的数据，可能已经有朋友想知道，超级计算机与我们生活中用的个人计算机（PC）有哪些区别，如果用高性能计算机来打游戏那岂不是要起飞？那今天我们就来了解一下，什么是高性能计算机，高性能计算机都有什么用途。

“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
什么是高性能计算机（HPC）
高性能计算机（High Performance Computing，HPC）并非指单一的、功能强大的计算机，而是一个由大量计算节点（可以理解为高性能的服务器）通过高速网络连接而成的庞大计算集群。一个典型的HPC系统主要由三个核心部分构成：计算系统、高速互联网络和存储系统。计算系统是HPC的“大脑”，由大量的计算节点组成，每个节点通常包含多个高性能的多核或众核处理器（CPU）以及用于加速计算的图形处理器（GPU）或其他加速器。高速互联网络则是HPC的“神经网络”，负责在成千上万个计算节点之间高速、低延迟地传输数据，确保各个节点能够高效协同工作。存储系统则是HPC的“记忆库”，用于存放海量的计算数据和结果，通常采用并行文件系统，以提供极高的数据读写带宽。所以HPC的本质是一种聚合计算资源，通过并行处理技术，将成千上万的处理器核心协同工作，以实现对复杂科学、工程和商业问题的快速求解，其强大之处在于其能够处理“海量数据”和“复杂模型”，例如，模拟全球气候变化需要处理PB（1 PB=1000 TB）级别的数据，而模拟一个蛋白质分子的折叠过程则需要进行万亿次级别的浮点运算，这些都是普通计算机无法胜任的。国家超级计算天津中心主任刘光明曾用一个生动的比喻来形容超级计算机“天河一号”的运算能力：它运算1小时，相当于全国13亿人同时用计算器计算340年以上。这种惊人的计算能力，使得HPC成为国家科技创新和产业发展的“国之重器”，在气候模拟、新药研发、材料设计、人工智能等领域发挥着不可替代的作用。

“天河二号”超级计算机
图片来源：国家超级计算广州中心
HPC vs PC
HPC的架构设计理念与家用电脑截然不同，它采用的是一种“集群”或“分布式”的架构。相比之下，我们日常使用的普通家用电脑，也就是个人计算机（PC）的架构则是一种“单打独斗”的模式，它通常是一个独立的系统，核心是一颗或两颗多核CPU（例如，常见的4核、8核或16核），负责处理系统中的所有计算任务。虽然现代家用电脑也配备了GPU，但其主要用途是处理图形渲染任务，以支持高清视频播放和3D游戏，其架构和驱动程序并非为大规模科学计算而优化。个人计算机的系统总线、内存带宽和存储速度都是围绕满足单个用户的需求来设计的，其性能瓶颈在于单个处理器的处理能力和串行任务的执行效率，当面临需要海量计算和数据处理的任务时，便会显得力不从心，例如，一个需要个人计算机数天甚至数周才能完成的复杂仿真任务，在HPC上可能只需要几小时甚至几分钟就能完成，这种效率上的巨大差异，正是两者架构本质不同的直接体现。
既然高性能计算机比普通家用电脑强大这么多，那用超级计算机打游戏或者运行我们常用的软件岂不是爽到飞起？
事实并非如此。HPC的核心优势在于并行计算，即将一个大任务分解成无数个小任务，交由成千上万个计算核心同时处理。然而，大多数游戏的核心逻辑是串行的，即需要按顺序一步步执行。虽然游戏中的图形渲染、物理效果等部分可以并行化，但游戏的主循环、AI决策、用户输入处理等核心逻辑很难被有效地并行化。因此，将游戏运行在HPC上，大部分计算核心可能处于闲置状态，无法发挥其并行计算的优势。此外，HPC的处理器（如“申威26010”）采用的是为科学计算优化的指令集和架构，与游戏所需的架构不同，这导致游戏程序无法直接在HPC的处理器上运行。

申威26010架构以及从核阵列结构逻辑示意图
图片来源：国家超级计算无锡中心
高性能计算机已深入生产生活
说了这么多，高性能计算机到底都能用在哪里呢？

高性能计算机应用领域分布
图片来源：光明网
在基础科学研究领域，HPC是探索未知世界的“望远镜”和“显微镜”。它能够模拟和解析那些实验手段难以触及或成本极高的自然现象，从而拓展科学的边界。
在生命科学领域，HPC的应用正在深刻地改变着我们对生命本质的理解和疾病治疗的方式。其中，基因组学是其最重要的应用方向之一。对人类基因组进行测序和分析，会产生海量的数据。例如，一个完整的人类基因组包含约30亿个碱基对，对其进行高精度测序和比对分析，需要动用HPC进行大规模的并行计算。通过HPC，科学家可以在数小时或数天内完成一个基因组的分析，而使用传统计算机可能需要数月甚至数年。这使得大规模人群的基因组研究成为可能，为揭示遗传病的发病机制、寻找疾病的生物标志物以及实现个性化精准医疗奠定了坚实的基础。
在药物研发方面，HPC同样发挥着至关重要的作用。传统的药物发现过程漫长且成本高昂，通常需要耗费十年以上的时间和数十亿美元的资金。而基于HPC的计算模拟，可以极大地加速这一过程。科学家可以利用HPC模拟药物分子与靶点蛋白（如病毒的关键酶）的相互作用，通过分子动力学模拟，在原子层面上观察药物分子如何与靶点结合，以及结合后的构象变化。这种方法可以在计算机上快速筛选数百万甚至数十亿个候选化合物，从中找出最有潜力的“先导化合物”，从而将实验室中的“大海捞针”式筛选，转变为高效的计算机辅助药物设计（CADD）。
气候和环境科学是HPC应用最经典、最成功的领域之一。全球气候系统是一个极其复杂的非线性系统，受到大气、海洋、陆地、冰雪等多个圈层相互作用的影响。要对未来天气和气候变化做出准确的预测，就需要求解描述这些物理过程的复杂偏微分方程组。这些方程组无法用解析方法求解，只能通过数值方法进行离散化，然后在计算机上进行模拟。HPC使得高分辨率、长时效的气候模拟成为可能。通过将地球表面划分为数百万甚至数千万个网格点，并在每个网格点上求解物理方程，HPC可以模拟出全球范围内的风、云、降水、温度等气象要素的演变。
除此之外，在《流浪地球》等科幻电影的特效制作、汽车碰撞模拟分析、金融风险预警等领域的背后，都有着高性能计算机的强力支持。
作为科技创新的核心引擎，强大的计算能力已经渗透到科学研究、工程设计和商业分析的方方面面，深刻地改变了我们认识世界、改造世界和决策的方式。从微观的基因序列到宏观的宇宙演化，从尖端飞行器的设计到日常消费品的研发，高性能计算机都扮演着不可或缺的角色。它通过高精度的数值模拟和大数据分析，极大地缩短了研发周期、降低了成本，并使得许多过去无法实现的科学探索和技术创新成为可能。
在当前复杂的国际形势下，实现核心技术的自主可控，是中国高性能计算机发展的必然选择。这包括核心芯片、操作系统、编译器、并行编程环境等关键软硬件的国产化。我国在这方面已经取得了长足的进步。例如，“神威·太湖之光”实现了包括“申威26010”处理器在内的所有核心部件的全面国产化。新一代的“天河星逸”系统也采用了国产的计算架构和处理器。在软件生态方面，我国也在积极构建自主的HPC应用生态，开发了一系列面向领域的超算应用平台，支持各行各业取得了显著的应用实效。未来，我国还将继续加大对HPC核心技术的研发投入，构建更加完善和开放的国产HPC软硬件生态，确保国家信息安全和科技发展的主动权，在科研突破的攻坚中、在产业升级的浪潮里，HPC正以“国之重器”的姿态，托举着科技自立自强的梦想。

申威26010
图片来源：国家超级计算无锡中心
参考资料：
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
作者：蝌蚪君
审核：刘颖 李培元
审核专家：兰名荥 北京邮电大学信息通信全国科普教育基地副主任、副教授
来源： 蝌蚪五线谱