高性能计算技术与应用

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1、高性能计算技术及其应用作者：迟学斌赵毅(中国科学院计算机网络信息中心北京100080)摘要简要介绍了当前高性能计算机、并行算法、并行编程环境和高生能计算应用的国际研究现状和发展趋势，阐述了近几年中科院高性能计算不境建设和高性能计算应用的发展情况，最后对我院发展高性能计算技术及应用给出了几点思考。关键词高性能计算技术，并行算法，并行编程环境高性能计算是计算机科学的一个分支，研究并行算法和开发相关软牛，致力于开发高性能计算机。随着信息化社会的飞速发展，高性能计算已戈为继理论科学和实验科学之后科学研究的第三大支柱。在一

2、些新兴的学科,心新材料技术和牛物技术领域，高性能计算机己成为科学研究的必备工具。司时，高性能计算也越来越多地渗透到石油工业等一些传统产业，以提高生址效率、降低生产成本。金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算的需求也迅猛增长。1国际研究现状和发展趋势1.1高性能计算机电子计算机在诞生之初主要就是为科学计算服务的。到20世纪60牡代，随着技术的成熟，计算机开始走向商业领域，且应用范围越来越广。为有别于“通用计算机”，专门针对科学计算进行优化设计的计算机开始被称为“高性能计算机”(UPC)O1

3、.1.1高性能计算机发展历史20世纪70年代出现的向量计算机可看作是第一代HPC,通过在计算儿屮加入向量流水部件，大大提高了科学计算屮向量运算的速度。其屮较著乙的有CDC系列、CRAY系列、NEC的SX系列和中国的银河一号及中科院计算听的757计算机。80年代初期，随着VLSI技术和微处理器技术的发展，向I：机一统天下的格局逐渐被打破，“性/价比”而非单一性能成为衡量HPC系统的重要指标。90年代初期，人规模并行处理(MPP)系统已开始成为HPC发畏的主流，MPP系统由多个微处理器通过高速互联网络构成，每个处理器

4、之'可通过消息传递的方式进行通讯和协调。代表性系统有TMC的CM-5、Intelaragon冲科院计算所的曙光1000等。较MPP早儿年问世的对称多处理(SMP)系统由数目相对较少的微处理器共享物理内存和I/O总线形成，早期的SMP和MPP相比扩展能力有限，不具有很强的计算能力，但单机系统兼容性好，斤以90年代中后期的一种趋势是将SMP的优点和MPP的扩展能力结合，发展成后来的CC-NUMA结构，即分布式共享内存。其代表为SequentNUMA-Q.GT-CrayOrigin.国内的神威与银河系列等。在发展CC-

5、NUMA同时,机群系%(Cluster)也迅速发展起来。机群系统是由多个微处理器构成的计算机节点磴过高速网络互连而成，节点一般是可以单独运行的商品化计算机。机群系充比MPP具有更高的性价比,其代表是IBMSP2,国内有曙光3000、4000,联想深腾1800、6800等[1,3]01.1.2高性能计算机研究现状与发展趋势每年6月和11月发布的T0P500一直是全球HPC领域的风向标[4],非行榜的变化折射出全球HPC在技术和应用方面的研究现状和发展趋势。第%届全球T0P500HPC排行榜于2006年11月14日在

6、美国召开的SC06大会上正式对外发布，最新排行榜反映出如下一些新的变化。(1)总体性能趋势。TOP500组织称，最新全部500套系统的总体计算性能将达到3.53千万亿次每秒(Pflops),而半年前只有2・79Pflops,一年前是2.30PflopSo能够进入T0P500HPC系统的Linpack性能已从半年前的2.026万亿次每秒(Tflops)上升到2.737Tflopso而进入前100位的系统Linpack性能则从半年前的4.713Tflops上升到6.619Tflops。(2)美国霸主地位牢不可破，TO

7、P10美国占7套。美国仍然是HPC勺最大用户，在研发和应用领域都遥遥领先。此次T0P500排行榜中，一共有309套安装在美国，美国在HPC领域的综合发展水平依然是全球第一，其全球霸主地位仍然牢不可破。欧洲有所复苏，共有92套系统，超过亚洲的79套，重回第二位。主欧洲，英国是最大用户，拥有30套系统，其次是德国，拥有18套。亚洲最大的用户是日本，拥有30套，而中国则从半年前的28套减少到18套。(3)厂商：IBM和HP是最大赢家。当前T0P500中各个性能档次的大5数系统都来自1醐和HPoIBM仍然是T0P500的

8、领导者，所占份额为47.2%。卩为第二大厂商，占31.6%,但HP此次未能进入TOPlOo份额超过3%的其它訓造商为:SGI(4.0%)、DELL(3.6%)CRAY(3.0%),这三大厂商都有系统入选TOPlOo(4)体系结构：Cluster大行其道，MPP不容忽视。工业标准化的机羊系统Cluster仍占据T0P500HPC排行榜的垄断地位,361套系统，占72.2%。