超级计算机的工作原理与普通计算机相同，但其性能水平要高得多，外观也更像以前的经典大型机。与普通台式个人电脑或笔记本电脑不同，超级计算机可以处理海量数据集，并以惊人的速度进行计算。据 IBM 称，它们是世界上速度最快的计算机，需要大量的基础设施才能运行，包括先进的冷却系统。 在结构上，它们也比普通个人电脑安装了更多的组件。你的笔记本电脑可能只有一个中央处理器（CPU）和一个图形处理器（GPU），但一台超级计算机可能有成千上万个 CPU 和 GPU，每个都比现成的强大得多。
它们的性能也是用每秒浮点运算次数（FLOPS）来衡量的，其中一次浮点运算就是一次数学计算。目前，世界上最强大的超级计算机已经超过 1 exaFLOP，即 1 quintillion (1018) FLOPS，而普通 PC 和笔记本电脑通常只有几百 gigaFLOPS，即 1 trillion (109) FLOPS。我们把这样的机器称为超大规模超级计算机。
由于超级计算机可以处理海量数据并以令人难以置信的速度处理计算，科学家们经常使用超级计算机来破解药物和材料发现方面的难题。超级计算机还可以进行预测（如天气预报），甚至学习如何下国际象棋，如 1997 年 IBM 的经典超级计算机 "深蓝"（Deep Blue）。 根据最新的 TOP500 排名，以下是当今在线最强大的七台超级计算机。
1. FRONTIER
地点： 美国田纳西州橡树岭国家实验室美国田纳西州橡树岭国家实验室性能：1,194 petaFLOPS（1.2 exaFLOPS）组件：AMD EPYC 64 核 CPU 和 AMD Instinct MI250X GPU首次上线：2022 年 8 月
由超级计算巨头 HPE Cray 制造的 "前沿"（Frontier）于 2022 年上线，成为世界上第一台超大规模计算机，目前位居榜首。据 IEEE Spectrum 报道，科学家们最初计划将 Frontier 用于癌症研究、药物发现、核聚变、特殊材料、设计超高效发动机和恒星爆炸建模。 据《麻省理工学院技术评论》报道，未来几年，科学家们将利用 "前沿 "来设计新的运输和医药技术。匹兹堡大学计算天体物理学助理教授埃文-施耐德（Evan Schneider）告诉《麻省理工科技评论》，他想模拟银河系是如何随时间演变的。
2. AURORA
地点： 美国伊利诺伊州阿贡国家实验室美国伊利诺伊州阿贡国家实验室性能：585 petaFLOPS（0.59 exaFLOPS）组件：英特尔至强 Max 系列 CPU 和英特尔数据中心 Max 系列 GPU首次上线：2023 年 6 月
榜单上最年轻的超级计算机之一有朝一日也可能成为最强大的超级计算机。Aurora 位于阿贡领导计算设施（ALCF），是有史以来第二台超大规模超级计算机，ALCF 的代表说，它的计算能力有可能达到 2 exaFLOPS，是 Frontier 的两倍。 Aurora是与英特尔和HPE合作建造的，它集成了科学工具和分析，可以执行建模和仿真，并运行人工智能（AI）。Aurora 的强大功能使其能够在气候预测、材料科学、能源存储和核聚变等多个领域创建精确的模型。据 HPCWire 报道，核聚变尤其是 Aurora 的重点，有朝一日它可能会帮助揭开大规模核聚变能源的秘密。
3. EAGLE
位置：Microsoft Azure - 云/分布式性能：561 petaFLOPS（0.56 exaFLOPS）组件：英特尔至强白金版 8480C 48C CPU 和 Nvidia H100 GPU首次上线：2023 年 8 月
微软的 "雄鹰 "超级计算机并不在实验室里，而是在云端，任何人都可以通过微软的Azure云平台访问它。它是一个由多个系统组成的分布式网络，其总功率足以成为世界上速度第三快的超级计算机。理论上，任何愿意付费的人都可以访问 Eagle。
4. FUGAKU
地点： 日本神户理研计算科学中心日本神户理研计算科学中心性能：442 petaFLOPS（0.44 exaFLOPS）组件：A64FX CPU首次上线：2020 年 6 月
Fugaku 曾是 2020 年 6 月至 2022 年 6 月间世界上最强大的超级计算机，也是该榜单上历史最悠久的前五名系统之一。它的名字来源于富士山，富士山是一座活火山，距离东京约 60 英里（100 公里），它在首次登上 TOP500 榜首时取代了 Summit 超级计算机（榜单第 7 位）。 多年来，科学家们利用 Fugaku 解决了几个关键的研究问题。据《日经亚洲》（Nikkei Asia）报道，在 COVID-19 大流行期间，研究人员利用它的数字计算能力证实，用无纺布制成的口罩能更有效地阻挡空气中的呼吸道飞沫。据《日本新闻》报道，Fugaku 目前正在按照 ChatGPT 的模式训练日语人工智能大型语言模型。
5. LUMI
地点：芬兰卡亚尼芬兰卡亚尼 CSC 数据中心性能：380 petaFLOPS（0.38 exaFLOPS）组件：AMD 第三代 EPYC 64 核 CPU 和 AMD Instinct MI250X GPU首次上线：2021 年 6 月
LUMI 位于芬兰，是欧洲最强大的超级计算机，也是世界上速度第五快的超级计算机。根据欧盟（EU）官员的说法，它使用 100% 的可再生水电能源，其余热被用来为附近的建筑供暖。它于三年前开始试运行，并于 2023 年 2 月全面投入使用。 欧盟官员此前曾表示，该系统被指定为供欧洲各国研究人员用于合作研究的超级计算机，并针对基于人工智能的工作负载进行了优化。LUMI还被用作量子计算机的 "合作伙伴"，即两套名为QAL 9000和Helmi的系统，这两套系统都位于芬兰。这种量子-经典计算伙伴关系旨在为研究人员提供当前量子计算机（其未来潜力受到严重限制）和超级计算机的最佳组合。
6. LEONARDO
地点：意大利博洛尼亚意大利博洛尼亚 CINECA 数据中心性能：239 petaFLOPS（0.23 exaFLOPS）组件：英特尔至强铂金 8358 32 核 CPU 和 Nvidia A100 GPU首次上线：2022 年 11 月
作为欧盟 EuroHPC 超级计算计划的另一个系统，莱昂纳多由三个模块组成，这三个模块的组合使其成为欧洲第二快的机器。它的主办机构 CINECA 是一个由意大利大学、公共研究中心和政府机构组成的联盟。 该超级计算机于 2023 年 5 月进入预生产阶段，在此期间共提交了 80 个项目，最终有 13 个项目被选中。随后，超级计算机于 8 月进入生产阶段。
7. SUMMIT
地点： 美国田纳西州橡树岭国家实验室美国田纳西州橡树岭国家实验室性能：149 petaFLOPS（0.15 exaFLOPS）组件：IBM POWER9 22 核 CPUIBM POWER9 22 核 CPU 和 Nvidia Tesla V100 GPU首次上线：2018年6月
Summit 是为橡树岭国家实验室开发的，比该机构之前的超级计算机 Titan 强大八倍，在被 Fugaku 取代之前的两年里，一直是世界上最强大的超级计算机。 除了科学建模，Summit 还针对人工智能工作负载进行了优化，包括人类健康和材料发现等领域的机器学习和深度学习。 Oak Ridger 公司称，多年来，这台超级计算机在关键研究中发挥了关键作用。例如，在 COVID-19 大流行期间，它被用来筛选数百万种药物，以确定是否有药物能阻止病毒进入人体细胞或在人体细胞中复制。它还被用来建立湍流模型。