超级计算机技术

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1、目录你应该知道的超级计算机1超级计算机的五大形态2当今主流：机群式超级计算机概况5机群的软件系统8衡量机群的计算性能的指标9试试看，构建一个低成本的小型机群系统！9“天河一号”的硬件与软件系统有啥不同？10超级计算机都有哪些用武之地？13写在最后：超级计算机的未来征程15在去年10月底，长沙举办的中国高性能计算学术年会上，国防科技大学研制的千万亿次超级计算机“天河一号”成为焦点，这是我国国内计算能力最高的超级计算机，而且标志着我国超级计算机的研发能力成功实现了千万亿次计算的跨越。超级计算机不仅体现了一个国家战略性高技

2、术的发展水平，也是与科技创新、国计民生密切相关的重要基础设施。超级计算机的各种应用，实际上会以不同的方式影响到我们每个人，这些似乎遥不可及的超级计算机实际上离我们“非常近”。你应该知道的超级计算机       目前各种超级计算机的高速处理能力基本上都是利用并行体系结构实现的，并行计算(ParallelComputing)已成为提高处理性能的关键技术之一。简单地讲，并行计算技术就是用同时运行的多个处理机或计算机来处理同一任务，从而大幅度提高任务的处理速度、缩短了任务的处理时间。超级计算机的五大形态       在超级计

3、算机技术的发展历程中，先后出现过多种超级计算机并行体系结构，主要有如下5种。●并行向量处理(ParallelVectorProcessing，PVP)系统并行向量处理结构       采用一定数量的、并行运行的向量处理器和共享式内存(SharedMemory，SM)结构的计算机系统。PVP系统的SM结构，也就是采用高带宽的交叉开关将各个向量处理器与其共享的内存模块连接。向量处理器(VectorProcessor)的一条指令能够同时对多个数据项(向量矩阵)执行运算，而一般的通用CPU属于标量处理器(ScalarProc

4、essor)，每次只能对一个数据项进行处理。其代表机型有CrayXMP、CrayYNP、NECSX2、我国的银河一号和二号等。●对称式多处理(SymmetricMultiProcessing，SMP)系统对称式多处理结构       采用一定数量、并行运行的微处理器和共享式内存(SM)结构的计算机系统，各处理器通过系统总线或交叉开关连接共享的内存模块，可“均等”或“对称”地共享内存和其它系统资源并由同一操作系统管理，提高整个系统的数据处理能力，因此SMP属于“一致性内存访问”(UniformMemoryAccess，

5、UMA)方式，SMP的代表机型有IBMR50、SGIPowerChallenge、SunSPARCCenter2000、曙光一号等。●分布式共享内存(DistributedSharedMemory，DSM)系统分布式共享内存结构       由一定数量的并行处理节点(Node)组成，每个节点都是一个相对完整的计算单元(配置有处理器和内存模块)，各节点通过高速网络互连，系统由单一操作系统管理，分布于各个节点的全部内存被统一编址，可由所有用户共享。与SMP不同，DSM对内存资源的共享是非对称的，因为每个节点访问本地内存与

6、远程节点内存时的延迟和带宽是不同的，故DSM系统属于“非一致性内存访问”(Non-UniformMemoryAccess，NUMA)方式，其代表机型有SGIOrigin2000/3000、SequentNUMA-Q、HP/ConvexSPP1600、银河三号和神威一号等。●大规模并行处理(MassiveParallelProcessing，MPP)系统大规模并行处理结构       由成百上千计算节点组成的并行处理计算机系统，每个计算节点配置一个或多个处理器，各个节点相对独立，有各自独立的内存模块和操作系统。MPP系

7、统的特点是可以获得很高的峰值运算速度，且由于系统的内存分布于各个节点，所以MPP属于“分布式内存”(DistributedMemory，DM)结构，具有易扩展性。MPP的易扩展性使其能够与SMP、DSM等结合，于是出现了SMP-MPP(各个MPP节点采用SMP并行多处理机)和DSMMPP(各个节点采用DSM并行多处理机)等复合型超级计算机系统。MPP系统的代表机型主要有IBMSP2、IntelParagon、CRAYT3E、曙光1000等。●机群式超级计算机系统机群式超级计算机结构       上世纪90年代中后期，

8、随着Intel芯片等造价低廉的微型计算机组件的出现和网络技术的迅速发展，使采用普通微型机或工作站作为计算节点并采用高速网络互连的并行计算系统成为了可能，超级计算机体系结构由此开始迈入工作站机群(ClusterofWorkstations，COW)或工作站网络(NetworkofWorkstations，NOW)时代。2000年以后，又出现了节点