《高级体系结构》PPT课件

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1、高性能计算机体系结构乔百友（83681250)qiaobaiyou@ise.neu.edu.cn东北大学信息学院计算机系统研究所高性能计算机体系结构参考教材ComputerArchitecture:AQuantitativeApproach,HennessyandPatterson,机械工业高等计算机系统结构并行性可扩展性可编程性清华大学出版社ParallelComputerArchitecture--AHardware/softwareApproach机械工业计算机系统结构张晨曦等，高等教育出版社，2008并行计算机系统结构与可扩展

2、计算，古志民、孙贤和 清华大学出版社2009并行计算机体系结构，陈国良等著，高等教育出版社，2002主要内容1.高性能计算与高性能计算机2.指令流水技术基础(复习)3.指令级并行性4.指令的动态调度与分支预测5.互连网络：拓扑结构，寻径技术，6.并行处理基础：模型，性能，自动并行化7.共享存储器多处理机：cache一致性，同步8.大规模并行处理：主动消息，多线程41.高性能计算的意义2.高性能计算的发展与现状3.高性能计算的典型应用4.高性能计算的挑战与机遇高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）52021/7/261.高性

3、能计算的意义1.1高性能计算的内在含义1.2高性能计算的应用需求1.3高性能计算的战略地位61.高性能计算的意义（1）1.1高性能计算的内在含义计算和计算科学所有的学科都转向定量化和精确化三大科学：理论科学、实验科学和计算科学计算科学是一个交叉学科,用计算的方法来解决应用问题。适用于理论模型复杂或尚未建立、实验费用昂贵或无法进行。计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学。并行计算是跟上摩尔定律的重要手段。1.高性能计算的意义（2）高性能计算HPC（HighPerformanceCompute）泛指量大、快速、高效的运算高

4、性能计算---并行计算并行计算(ParallelComputing）高端计算(High-endParallelComputing)高性能计算(HighPerformanceComputing)超级计算(SuperComputing)81.高性能计算的意义（3）高性能计算主要包括：向量计算并行计算分布式计算网络计算网格计算云计算NortheasternUniversitySep.6,2012MossoGoogleAppEngineRailsOneSalesforceGmailGliffyJoyentAmazoneWebSvcsNirva

5、nixXcalibreAkamaiPaaSSaaSIaaSCloudComputing云计算是并行计算(ParallelComputing)、分布式计算(DistributedComputing)和网格计算(GridComputing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算(UtilityComputing)、IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果101.高性能计算的意义（4）高性能计算的量纲前缀缩写基幂含意数值

6、KiloK103Thousand千MegaM106Million兆，百万GigaG109Billion千兆，10亿TeraT1012Trillion垓，万亿PetaP1015Quadrillion千万亿ExaE1018Quitillion百亿亿Flops：每秒所执行的浮点运算次数(floating-pointoperationspersecond)目前的PC机运算速度通常在GFlops量级，高性能计算机运算速度则在TFlops至PFlops量级。111.高性能计算的意义（5）1.2高性能计算的应用需求应用需求计算密集型应用（Compu

7、ting-intensive)：大型科学工程计算，数值模拟等。应用领域：石油、气象、CAD、核能、制药、环境监测分析、系统仿真等。数据密集型应用（Data-intensive)：数字图书馆，数据仓库，数据挖掘，计算可视化等。应用领域：图书馆、银行、证券、税务、决策支持系统等。通信密集型应用（Network-intensive)：协同工作，网格计算，遥控和远程诊断等。应用领域：网站、信息中心、搜索引擎、电信、流媒体等。121.高性能计算的意义（6）千万亿次超级计算机的应用需求应用领域应用需求计算能力需求存储容量需求生物医学蛋白质电子态的

8、计算药物发明中的筛选过程蛋白质折叠100Tflops800Tflops1Pflops30TB200TB1PB航空航天制造发动机燃烧模拟和机翼设计模拟500Tflops100TB气候环境短期天气预报长期天气预报局部突发性灾