为什么笔记本越用越烫，而超级计算机却能做到绿色节能？

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——不仅算力惊人，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

笔记本电脑是为移动办公、轻量娱乐设计的，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 多核并行

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，每个核心频率不高，但整体协作效率惊人，同时每个核心发热量也很低。

SW26010 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

散热系统不同，微风扇 vs 液冷巨阵

另一个关键区别在于散热系统：笔记本最多装了一个几厘米见方（正方形）的小风扇，这种设计在使用中容易被灰尘堵住，加上内部空间紧凑，热量散不出去。这就如同在密闭的储物间里用微型电扇试图降温——热量不断积聚，机身温度自然飙升。

而神威·太湖之光的散热系统则是液冷级别。冷却液通过导管循环，精准带走每一个机架、每一块芯片产生的热量。这就像一台电脑浸泡在“智能水冷浴池”中，即便长时间高强度计算，也能保持理想温度。

能效优化机制不同，

被动降温 vs 主动能控

笔记本电脑的过热保护机制相对被动——当温度过高时，自动降频，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

神威·太湖之光超级计算机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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出品丨科普中国

作者丨杨超 中国科普作家协会会员

监制丨中国科普博览

责编丨张一诺

审校丨徐来、张林林