高性能计算机系统.pdf

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1、高性能计算技术1什么是高性能计算技术？高性能计算机ＨＰＣ(HighPerformanceComputer)是具有超强计算与数据处理能力的计算机科学计算、工程设计、虚拟现实等模拟仿真，称为高性性计算机网络服务、事务处理等，称为高性能服务器利用高性能计算机进行大规模数据处理、高精度模拟仿真、复杂计算任务处理，被称为高性能计算ＨＰＣ(HighPerformanceComputing)高性能计算机系统（硬件、系统软件）高性能计算应用（算法、应用软件、问题解算）2节省研发成本，缩短研发周期；探索未知世界，探索人类无法

2、认知领域等。高性能计算技术的需求及应用SGIOrigin3KComputationalIBMSP3/4LinuxNetworXIA-32TechnologiesCrayT90SGIOrigin2KMulti-Disciplinary(Scalable)AnalysisandOptimizationMulti-scale(SpaceandTime)Cray-2Multi-ComponentCrayX/MPProjectiles/Missiles(Vector)Fin-StabilizedProjectilesHPCCap

3、abilityCDC7600Rigid-BodyDynamicsENIACDefenseRDT&EProblemComplexityFiringTables~3-DAnalytical3-DModels1-D2-DCoupled195019751986199620004为科技创新做出了巨大贡献科学界和工程界中的一些高挑战性应用问题，需要用超级计算机来进行模拟分析。地理信息系统生命科学航空航天数字生物CAD/CAM军事应用5已成为推动科技创新、社会进步的重要工具和方法传统科学研究方法：理论、实验、计算分析目前科学研究

4、方法：理论、计算模拟仿真、实验验证2013年诺贝尔化学奖：设计了复杂化学体系多尺度模型以前化学家是用塑料球和棒创造分子模型，现在则是用计算机建模对于今天的化学家来说，计算机和试管已经变得同样重要经过理论化学家不断创新，计算机已经能够逼真地模拟出复杂的化学分子模型，进而预测出化学实验的最终结果量子物理需要惊人的计算量，目前仅能进行小分子计算6高性能计算的重要地位高性能计算被视为国家的战略基础设施，是保持科学技术竞争优势的关键，是国家发展的战略性制高点技术，已成为推动科技创新、社会进步的重要因素高性能计算应用涉

5、及核武器研究、核材料储存仿真、石油勘探、生物信息技术、医疗和新药研究、计算化学、气象、天气和灾害预报、工业过程改进和环境保护等诸多领域7各国的高性能计算发展计划各国投入大量经费发展高性能计算机及其应用，高性能计算水平已成为国家科技水平重要标志，是高科技领域的战略制高点。近几年，超级计算机技术的竞争越来越激烈，美国、日本、欧洲都分别提出了各自的新一代巨型机研制计划。8美国：美国在计算机与信息技术领域，一直处世界霸主地位。高性能计算技术被认为是美国国家的制高点技术，历届政府都高度重视，重点发展克林顿总统时代：大力推进

6、ＨＰＣＣ（ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｍｐｕｔｉｎｇ＆Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）计划建设许多超级计算中心，利用高性能计算机解决许多科技方面的重大挑战问题，推动众多科学和技术领域的大发展ＨＰＣＣ计划还把因特网（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）公开民用，推向全球，推动了信息化时代的到来布什总统时代：虽然重点是反恐，但对高性能计算的发展没有放松２００５年总统ＩＴ顾问委员会的专题咨询报告，再次提出“ＨＰＣ是国家核心竞争力，要大力发展”奥巴马总统：经济问题、医改问题一直是当务之急，但也没有放松ＨＰＣ发展奥巴马总统在“St

7、rategyforAmericanInnovation”计划中，将E级计算列为21世纪美国最主要技术挑战；2011年12月美国国会通过美国能源部科研经费申请，提供1.26亿美元用于E级计算研究9欧洲：2010年将E级计算纳入第七框架计划，为泛欧E级高性能计算服务的实现制定路线图并开展研制；欧洲巴塞罗那超算中心计划在2014年构建性能高于200Petaflops的计算机系统俄罗斯：“2012-2020俄罗斯E级技术发展”计划，投资15亿美元，于2020年前实现E级超级计算机1011构建高性能计算系统的途径并行计算是实

8、现高性能计算的主要技术手段多处理器/多计算机并行协同工作科学计算：提高计算速度、计算规模、计算精度事务处理：提高吞吐率•两类高性能计算系统：•高性能计算机•高端系统：如BlueGeneL，EarthSimulator•可以实现最高性能，但价格昂贵•集群系统：如天河、神威，Downing，许多Top500系统•低价格，但持续性能低•