高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)

本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）12024/1/12計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系主講：陳蕾博士/副教授高性能計(jì)算與并行程序設(shè)計(jì)本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）22024/1/12為什么要開(kāi)設(shè)這門(mén)課程本課程主要涉及高性能計(jì)算和并行程序設(shè)計(jì)，其核心是并行技術(shù)并行技術(shù)與當(dāng)今計(jì)算機(jī)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)緊密相連：1、多核技術(shù)（INTEL、AMD、IBM、SONY、SUN、NVIDIA）。當(dāng)你有了16個(gè)核的處理器怎么有效利用？2、集群技術(shù)。集群系統(tǒng)如今隨處可見(jiàn)，如何有效使用它？并行是唯一途徑。3、超級(jí)計(jì)算機(jī)。超級(jí)計(jì)算機(jī)用于求解富有挑戰(zhàn)性的計(jì)算問(wèn)題.有效的大規(guī)模并行軟件是發(fā)揮其性能的關(guān)鍵4、云計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、服務(wù)計(jì)算、高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)5、大數(shù)據(jù)6、……本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）32024/1/12為什么要并行計(jì)算？有限時(shí)間內(nèi)解決復(fù)雜計(jì)算問(wèn)題汽車碰撞實(shí)驗(yàn)：32CPU4小時(shí)（一個(gè)工況）藥物篩選：64CPU，500萬(wàn)化合物，一年蛋白質(zhì)折疊，256CPU、2個(gè)月只能算一個(gè)納秒過(guò)程宇宙大尺度結(jié)構(gòu)模擬：256CPU，6個(gè)月過(guò)去：大量應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)需求驅(qū)動(dòng)和技術(shù)推動(dòng)本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）42024/1/12為什么要并行計(jì)算？

今天：計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)芯片上晶體管數(shù)目每18個(gè)月增長(zhǎng)一倍？工藝：90nm65nm32nm，逼近極限主頻：從3.0GHz到4.0GHz，步履艱難功耗：?jiǎn)涡酒偻吖模琺ini型“核反應(yīng)堆”本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）52024/1/12并行計(jì)算平民化的到來(lái)！

每個(gè)程序員面臨的多核并行計(jì)算時(shí)代在單個(gè)芯片上內(nèi)置多個(gè)處理單元－“核”每個(gè)處理器視為小型的并行計(jì)算機(jī)雙核四核多核

并行計(jì)算已經(jīng)成為必然！本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）62024/1/12如何進(jìn)行并行（多核）計(jì)算？思路最關(guān)鍵，并行思想，并行算法新的工具和實(shí)現(xiàn)方法MPI/OpenMP,GoggleHadoop，IntelC++，WindowsHPC等好的編程方法針對(duì)硬件結(jié)構(gòu)，重視程序性能本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）72024/1/12現(xiàn)實(shí)的情況●1、需要通過(guò)顯式并行的硬件系統(tǒng)走向普及：集群計(jì)算機(jī)、多核處理器●2、然而大家對(duì)于并行計(jì)算方法和工具了解和認(rèn)識(shí)不足。為此，開(kāi)設(shè)這門(mén)課程希望把并行計(jì)算作為一種通用計(jì)算技術(shù)介紹給大家本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）82024/1/12課程目的澄清對(duì)并行計(jì)算的認(rèn)識(shí)：

●不是少數(shù)人的專利●高性能計(jì)算隨著機(jī)群系統(tǒng)、多核處理器的出現(xiàn)將逐漸普及到桌面系統(tǒng)了解高性能計(jì)算的前沿技術(shù)發(fā)展情況鍛煉基本的資料檢索、文獻(xiàn)閱讀、歸納整理和口頭報(bào)告的能力實(shí)實(shí)在在體驗(yàn)并行軟件開(kāi)發(fā)

●并行編程語(yǔ)言－實(shí)現(xiàn)●并行程序性能與優(yōu)化－分析●并行算法設(shè)計(jì)－設(shè)計(jì)●并行程序開(kāi)發(fā)流程－獨(dú)立開(kāi)展本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）92024/1/12教材和主要參考書(shū)教材：暫無(wú)（提供電子教案）參考書(shū)：[1]并行計(jì)算導(dǎo)論，張林波等

，北京：清華大學(xué)出版社，2006[2]并行計(jì)算：結(jié)構(gòu)、算法、編程（修訂版），陳國(guó)良等，北京：高教出版社，2003[3]并行程序設(shè)計(jì)（第二版），BarryWilkinson等，陸鑫達(dá)等譯，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[4]MPI并行程序設(shè)計(jì)實(shí)例教程，張武生等

，北京：清華大學(xué)出版社，2009[5]多核程序設(shè)計(jì)，陳天洲等，北京：清華大學(xué)出版社，2007[6]并行計(jì)算應(yīng)用與實(shí)戰(zhàn)，王鵬等，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）102024/1/12課程安排理論并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)模型（當(dāng)代對(duì)稱多處理機(jī)、大規(guī)模并行處理機(jī)、機(jī)群系統(tǒng)）并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)測(cè)以及并行算法的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、一般設(shè)計(jì)策略和一般設(shè)計(jì)過(guò)程介紹幾種常見(jiàn)的分布式并行算法

實(shí)踐典型并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)—PC機(jī)群的搭建消息傳遞（MessagePassingInterface，MPI）并行程序設(shè)計(jì)具體內(nèi)容安排第一講高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)第二講并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)模型第三講PC機(jī)群的搭建（自學(xué)）第四講并行算法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)第五講MPI并行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言第六講并行算法設(shè)計(jì)實(shí)例本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）112024/1/12第一講高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)1.高性能計(jì)算的意義2.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀3.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用4.高性能計(jì)算的挑戰(zhàn)與機(jī)遇本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）122024/1/121.高性能計(jì)算的意義（1）1.1高性能計(jì)算的內(nèi)在含義1.2高性能計(jì)算的應(yīng)用需求1.3高性能計(jì)算的戰(zhàn)略地位本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）132024/1/121.高性能計(jì)算的意義（2）1.1高性能計(jì)算的內(nèi)在含義計(jì)算和計(jì)算科學(xué)所有的學(xué)科都轉(zhuǎn)向定量化和精確化三大科學(xué)：理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué)計(jì)算科學(xué)是一個(gè)交叉學(xué)科,用計(jì)算的方法來(lái)解決應(yīng)用問(wèn)題。適用于理論模型復(fù)雜或尚未建立、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用昂貴或無(wú)法進(jìn)行。計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算地質(zhì)學(xué)、計(jì)算氣象學(xué)。并行計(jì)算是跟上摩爾定律的重要手段。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）142024/1/121.高性能計(jì)算的意義（3）高性能計(jì)算的含義高性能計(jì)算簡(jiǎn)稱HPC(HighPerformanceComputing)，泛指量大、快速、高效的運(yùn)算。高性能計(jì)算主要包括：向量計(jì)算并行計(jì)算分布式計(jì)算網(wǎng)格計(jì)算………..本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）152024/1/121.高性能計(jì)算的意義（4）高性能計(jì)算的量綱前綴縮寫(xiě)基冪含意數(shù)值KiloK103Thousand千MegaM106Million兆，百萬(wàn)GigaG109Billion千兆，10億TeraT1012Trillion垓，萬(wàn)億PetaP1015Quadrillion千萬(wàn)億ExaE1018Quitillion百億億Flops：每秒所執(zhí)行的浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)(floating-pointoperationspersecond)目前的PC機(jī)運(yùn)算速度通常在GFlops量級(jí)，高性能計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度則在TFlops至PFlops量級(jí)。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）162024/1/121.高性能計(jì)算的意義（5）1.2高性能計(jì)算的應(yīng)用需求應(yīng)用需求計(jì)算密集型應(yīng)用（Computing-intensive)：大型科學(xué)工程計(jì)算，數(shù)值模擬等。應(yīng)用領(lǐng)域：石油、氣象、CAD、核能、制藥、環(huán)境監(jiān)測(cè)分析、系統(tǒng)仿真等。數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用（Data-intensive)：數(shù)字圖書(shū)館，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，數(shù)據(jù)挖掘，計(jì)算可視化等。應(yīng)用領(lǐng)域：圖書(shū)館、銀行、證券、稅務(wù)、決策支持系統(tǒng)等。通信密集型應(yīng)用（Network-intensive)：協(xié)同工作，網(wǎng)格計(jì)算，遙控和遠(yuǎn)程診斷等。應(yīng)用領(lǐng)域：網(wǎng)站、信息中心、搜索引擎、電信、流媒體等。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）172024/1/121.高性能計(jì)算的意義（6）千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需求應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用需求計(jì)算能力需求存儲(chǔ)容量需求生物醫(yī)學(xué)蛋白質(zhì)電子態(tài)的計(jì)算藥物發(fā)明中的篩選過(guò)程蛋白質(zhì)折疊100Tflops800Tflops1Pflops30TB200TB1PB航空航天制造發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬和機(jī)翼設(shè)計(jì)模擬500Tflops100TB氣候環(huán)境短期天氣預(yù)報(bào)長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)局部突發(fā)性災(zāi)難預(yù)報(bào)（如洪水、海嘯）20Tflops200Tflops1Pflops10TB100TB500TB核能領(lǐng)域完全等離子分析（包括電子結(jié)構(gòu)分析）核武器數(shù)值模擬天然氣燃燒500Tflops1Pflops1Pflops1PB1PB1PB納米技術(shù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析和功能預(yù)測(cè)新材料發(fā)明200Tflops1Pflops400TB2PB天體物理學(xué)超新星三維模擬1Pflops1PB國(guó)防和國(guó)家安全密碼破譯先進(jìn)武器模擬1Pflops1Pflops1PB1PB本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）182024/1/121.高性能計(jì)算的意義（7）1.3高性能計(jì)算的戰(zhàn)略地位從戰(zhàn)略高度上講高性能計(jì)算技術(shù)是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)。高性能高計(jì)算是支撐國(guó)家實(shí)力持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。高性能計(jì)算國(guó)防安全、高科技發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的戰(zhàn)略地位。

重大挑戰(zhàn)問(wèn)題：飛機(jī)設(shè)計(jì)、藥物設(shè)計(jì)、全球氣候預(yù)測(cè)、人類基因、海洋環(huán)流新材料、生物分子結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體建模、超導(dǎo)建模等。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）192024/1/121.高性能計(jì)算的意義（8）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（1）美國(guó)有關(guān)發(fā)展高性能計(jì)算的建議報(bào)告從1982年到2005年，美國(guó)國(guó)防部、能源部、國(guó)家科學(xué)院、國(guó)家科學(xué)基金委以及美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)、美國(guó)信息技術(shù)咨詢委員會(huì)、美國(guó)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力委員會(huì)等提出的有關(guān)信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)的建議報(bào)告中，大都涉及到了高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)的內(nèi)容。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）202024/1/121.高性能計(jì)算的意義（9）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（2）清單(按年代排序)1982年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《關(guān)于科學(xué)研究及工程中的大規(guī)模計(jì)算》1993年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《從臺(tái)式計(jì)算機(jī)到萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)：充分發(fā)揮美國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)權(quán)》1995年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《特別工作組關(guān)于未來(lái)國(guó)家科學(xué)基金委超級(jí)計(jì)算中心計(jì)劃報(bào)告》1996年，美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)：《信息技術(shù)研究：為了未來(lái)》2000年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《促使信息技術(shù)更好》2001年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《無(wú)處不在》2002年，美國(guó)國(guó)防部：《適用于國(guó)家安全部門(mén)的高性能計(jì)算》2003年，美國(guó)能源部：《基于科學(xué)的大規(guī)模模擬》

2003年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委：《通過(guò)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變革科學(xué)與工程》

2003年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委：《信息時(shí)代的知識(shí)丟失》2004年，美國(guó)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力委員會(huì)：《促使美國(guó)變革并提高競(jìng)爭(zhēng)力》

2004年，美國(guó)跨機(jī)構(gòu)：《聯(lián)邦高端計(jì)算計(jì)劃－高端計(jì)算復(fù)興特別工作組》2005年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《超級(jí)計(jì)算機(jī)未來(lái)》

2005年，美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)：《計(jì)算科學(xué)：確保美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力》本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）212024/1/121.高性能計(jì)算的意義（10）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（3）美國(guó)發(fā)展有關(guān)高性能計(jì)算的行動(dòng)計(jì)劃1993年，美國(guó)科學(xué)工程技術(shù)聯(lián)邦協(xié)調(diào)理事會(huì)：《HPCC(HighperformanceComputing&Communication)GrandChallenge》計(jì)劃，提出發(fā)展萬(wàn)億次(Tera=1012)計(jì)算機(jī)計(jì)劃。1996年，美國(guó)能源部和LawrenceLivermore、LosAlamos、Sandia三大核武器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：《ASIC(AcceleratedStrategicComputingInitiative)》計(jì)劃，提出發(fā)展千萬(wàn)億次(Pera=1015)計(jì)算機(jī)的目標(biāo)。1997年，HPCC包括了HECC(HighEndComputing&Communication),被擴(kuò)展為CIC(Computing,Information,Communication)計(jì)劃。1998年度的CIC藍(lán)皮書(shū)，將千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)硬件和軟件研制列入了計(jì)劃中。2002年啟動(dòng)HPCS計(jì)劃，希望確定未來(lái)10到20年超級(jí)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）222024/1/121.高性能計(jì)算的意義（11）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（4）美國(guó)1996年提出的ASCI（AcceleratedStrategicComputingInitiative）計(jì)劃。通過(guò)數(shù)值模擬，評(píng)估核武器的性能、安全性、可靠性等。高分辨率、高逼真度、三維、全物理、全系統(tǒng)的規(guī)模和能力。計(jì)劃研制5代計(jì)算平臺(tái)，目前，前四代已完成，第五代平臺(tái)正在研制。隨著第一個(gè)十年研究結(jié)束，已經(jīng)開(kāi)始為下一個(gè)十年發(fā)展制訂規(guī)劃。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）232024/1/121.高性能計(jì)算的意義（12）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（5）—ASCI高性能計(jì)算機(jī)BlueMountainOptionRed本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）242024/1/121.高性能計(jì)算的意義（13）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（6）美國(guó)2002年啟動(dòng)的千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研究HPCS計(jì)劃從2002年起的兩年多時(shí)間里，ES占據(jù)TOP1位置Cluster并不是HPC的最終體系結(jié)構(gòu)美國(guó)DARPA于2002年啟動(dòng)高生產(chǎn)率計(jì)算系統(tǒng)（HighProductivityComputingSystems)HPCS計(jì)劃希望確定未來(lái)10年甚至20年的高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)高生產(chǎn)率而非峰值計(jì)算能力作為評(píng)價(jià)指標(biāo)高性能計(jì)算的一個(gè)新的創(chuàng)新時(shí)代的開(kāi)始本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）252024/1/121.高性能計(jì)算的意義（14）高性能計(jì)算在我國(guó)的戰(zhàn)略地位（1）2006年2月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》指出加速發(fā)展高性能計(jì)算對(duì)提高我國(guó)國(guó)防建設(shè)與國(guó)家安全、國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)家重大工程和基礎(chǔ)科學(xué)研究等尖端科技領(lǐng)域的核心支撐能力，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。提出要全面提升我國(guó)的自主創(chuàng)新能力，以期將我國(guó)在2020年前建設(shè)成為一個(gè)創(chuàng)新型國(guó)家。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）262024/1/121.高性能計(jì)算的意義（15）高性能計(jì)算在我國(guó)的戰(zhàn)略地位（2）中國(guó)高性能計(jì)算發(fā)展大事記1983年，由國(guó)防科技大學(xué)研制的銀河I型億次巨型機(jī)系統(tǒng)的成功問(wèn)世，標(biāo)志著我國(guó)具備了研制高端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力。1992年，曙光投入200萬(wàn)元研制曙光一號(hào)。隨后，曙光一號(hào)、曙光1000、曙光2000、曙光3000、曙光4000相繼問(wèn)世。1994年，銀河I的換代產(chǎn)品銀河II在國(guó)家氣象局正式投入運(yùn)行，其系統(tǒng)性能達(dá)每秒10億次，大大縮短了我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家的差距。1997年，銀河III并行巨型計(jì)算機(jī)在北京通過(guò)國(guó)家鑒定，峰值性能為每秒130億浮點(diǎn)運(yùn)算。1999年，首臺(tái)“神威I”計(jì)算機(jī)通過(guò)了國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，并在國(guó)家氣象中心投入運(yùn)行。2000年，由1024個(gè)CPU組成的銀河Ⅳ超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)問(wèn)世，峰值性能達(dá)到每秒1.0647萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。2002年，世界上第一個(gè)萬(wàn)億次機(jī)群系統(tǒng)聯(lián)想深騰1800出世，獲得2004年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2003年，聯(lián)想深騰6800問(wèn)世把世界機(jī)群計(jì)算推向新的高峰。2004年，曙光4000A成功研制，使中國(guó)成為繼美國(guó)、日本之后第三個(gè)能研制10萬(wàn)億次商品化高性能計(jì)算機(jī)的國(guó)家（進(jìn)入TOP500前10位）。2005年，中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)性能TOP100排行榜揭曉，曙光位居第一。天梭榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2006年，曙光高性能計(jì)算機(jī)被胡錦濤總書(shū)記點(diǎn)評(píng)為“中國(guó)七大標(biāo)志性自主創(chuàng)新成果之一”，曙光4000系列高性能計(jì)算機(jī)榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2007年12月，中國(guó)首臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)高性能通用處理器芯片“龍芯2F”的萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)“KD-50-I”研制成功。2008年6月24日，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、曙光公司和上海超級(jí)計(jì)算中心在中科院計(jì)算所聯(lián)合舉行了曙光5000落戶上海超級(jí)計(jì)算中心的簽約儀式。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）272024/1/121.高性能計(jì)算的意義（16）高性能計(jì)算在我國(guó)的戰(zhàn)略地位（3）—國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算平臺(tái)神威-I銀河-II曙光-5000聯(lián)想-6800本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）282024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（1）2.1高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展2.2高性能計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀2.3高性能計(jì)算面臨的主要問(wèn)題本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）292024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）2.1高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史回顧本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）302024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（3）發(fā)展過(guò)程中的主流技術(shù)607080900010巨型機(jī)萌芽CDC6600向量機(jī)鼎盛CRAY-1，SX-3MPP發(fā)展CrayT3E，OptionRed機(jī)群發(fā)展NOW,IBMSP2,ASCIQ定制機(jī)器ESBlueGene本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）312024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（4）兩類構(gòu)造高性能計(jì)算機(jī)的方式采用定制部件價(jià)格較高（小于1B$市場(chǎng)）對(duì)大規(guī)?；蛲ㄐ琶芗娜蝿?wù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并行向量機(jī)采用商用部件利用每年80B$的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)對(duì)一些計(jì)算密集任務(wù)有很好的性能MPP/機(jī)群本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）322024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（5）并行向量機(jī)構(gòu)造方式PVP采用全定制部件定制的高性能向量處理器（Gflops)節(jié)點(diǎn)內(nèi)多體交叉共享存儲(chǔ)（GB)定制的高帶寬低延遲互連(交叉開(kāi)關(guān)）本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）332024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（6）機(jī)群構(gòu)造方式機(jī)群是一組獨(dú)立的計(jì)算機(jī)（節(jié)點(diǎn)）的集合體：機(jī)群的各節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)完整的系統(tǒng)：工作站，PC機(jī)或SMP互連通常使用高速互連網(wǎng)絡(luò)，如Myrinet、Infiniband等各節(jié)點(diǎn)可以協(xié)同工作并表現(xiàn)為一個(gè)單一的、集中的計(jì)算資源CPUMemoryI/OChannel...CPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelSystemAreaNetwork&StorageAreaNetwork本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）342024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（7）2006年TOP500預(yù)測(cè)：達(dá)到Petascale本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）352024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（8）2.2高性能計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀從Top500看高性能計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀(2009年)最快的高性能計(jì)算機(jī)：1.105Pflops最普遍的高性能計(jì)算機(jī)：機(jī)群（410臺(tái)）安裝高性能計(jì)算機(jī)最多的國(guó)家：美國(guó)（291臺(tái)），亞洲（49臺(tái)，日本15臺(tái)，中國(guó)21臺(tái)，印度6臺(tái)），歐洲（145臺(tái)）生產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)的企業(yè)：HP（212臺(tái)），IBM（188臺(tái)）高性能計(jì)算機(jī)中使用最多的微處理器：Intel系列（399臺(tái)），IBM(55臺(tái)），AMD（43臺(tái)）高性能計(jì)算機(jī)使用最廣泛的領(lǐng)域：企業(yè)與研究結(jié)構(gòu)進(jìn)入500強(qiáng)的最低性能：17.1Tflops，半年前為12.64Tflops500強(qiáng)的總性能為：22.6Pflops，半年前為16.95Pflops本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）362024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（9）2.2高性能計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀從Top500看高性能計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀(2013年)最快的高性能計(jì)算機(jī)：33.86Pflops，前十名中：美國(guó)5臺(tái)，中國(guó)2臺(tái)，德國(guó)2臺(tái)，日本1臺(tái)；已經(jīng)有26套系統(tǒng)的最大性能邁入了PFlops(每秒千萬(wàn)億次)級(jí)別；中國(guó)上榜超算66套，之前兩次分別為72套、68套，基本保持穩(wěn)定，而且始終僅次于美國(guó)位列世界第二(日本30套/-2)。有了天河2，中國(guó)不但在數(shù)量上，性能上也超越日本，成為世界第二。Intel處理器還是絕對(duì)主流，份額高達(dá)80.4％。88％的系統(tǒng)所用處理器擁有六個(gè)或更多核心，67％的不少于八核心。500套系統(tǒng)總性能223PFlops，比半年前的162PFlops增長(zhǎng)了37.6％，比一年前的123PFlops則增長(zhǎng)了81.3％。天河2一套就占了總性能的24.6％，幾乎五分之一！美國(guó)252套占了一半還多，比上次有多了2套。歐洲112套，比上次增加7套，還是不如亞洲119套(少了4套)。英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)分別有29、23、19套。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）372024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（10）近幾年來(lái)Top1機(jī)器2001年，為IBMASCIWHITE，LINPACK峰值為12TFLOPS，處理器數(shù)目為8192。2002年—2004年上半年，為NECEarth-Simulator，LINPACK峰值為40TFLOPS，處理器數(shù)目為5120。2004年下半年—2007年11月，為IBMBlueGene，LINPACK峰值為478TFLOPS，處理器數(shù)目為212992。2008年6月，Top1為IBMRoadrunner（走鵑），LINPACK峰值為1.026PFLOPS，處理器核數(shù)目為122400。2009年6月，Top1為IBMRoadrunner（走鵑），LINPACK峰值為1.105PFLOPS，處理器核數(shù)目為129600。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）382024/1/12本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）392024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（New）天河2號(hào)本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）402024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（New）天河2號(hào)本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）412024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（New）天河2號(hào)本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）422024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（11）IBMRoadrunner走鵑（1）本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）432024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（12）IBMRoadrunner（2）基本參數(shù)（2008年6月）6,480AMDOpteron處理器，51.8TB內(nèi)存(in3,240LS21刀片)12,960IBMCell處理器，51.8TB內(nèi)存(in6,480QS22刀片)216Systemx3755I/O節(jié)點(diǎn)

26288-portISR2012Infiniband4xDDRswitches296機(jī)架

2.35MWpower1.026PFLOPS本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）442024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（13）IBMRoadrunner（3）混合（Hybrid）設(shè)計(jì)（2008年6月）通用處理器+專用處理器采用兩種不同架構(gòu)的處理器：1.8GAMDOpteron雙核處理器（X86架構(gòu)）6912個(gè)處理器(6480個(gè)用于計(jì)算節(jié)點(diǎn),432個(gè)用于系統(tǒng)操作和通信節(jié)點(diǎn))共13824個(gè)cores(12960+864)3.2GIBMPowerXCell8i異構(gòu)多核處理器數(shù)學(xué)運(yùn)算比Opteron快30倍1個(gè)通用核(PowerProcessingElement

：PPE)，8個(gè)專用核(SynergisticProcessingElement：SPE)(共有9個(gè)處理器核)12960個(gè)PPEcores和103680個(gè)SPEcores共116640個(gè)cores(12960+103680)系統(tǒng)共有130464個(gè)cores(13824+116640)本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）452024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（14）IBMRoadrunner（4）刀片式機(jī)群架構(gòu)（2008年6月）每個(gè)Triblade包含4個(gè)刀片，一個(gè)LS21Opteron刀片，一個(gè)擴(kuò)展連接刀片，兩個(gè)QS22Cell刀片。LS21包含2個(gè)1.8GHz雙核Opterons，16GB內(nèi)存。QS22包含2個(gè)3.2GHz

PowerXCell8i處理器，8GB內(nèi)存。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）462024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（15）IBMRoadrunner（5）一個(gè)Triblade包含4個(gè)刀片一個(gè)BladeCenterH框包含3個(gè)Triblade一個(gè)機(jī)架(rack)包含4個(gè)BladeCenterH一個(gè)連接單元CU(ConnectedUnit)包含15個(gè)機(jī)架Roadbunner包含18個(gè)CU，通過(guò)兩級(jí)Infiniband互連本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）472024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（16）ASCIBlueGene/L設(shè)計(jì)特點(diǎn)采用專門(mén)的System-on-a-chip技術(shù)減少功耗、體積、復(fù)雜度和設(shè)計(jì)難度實(shí)現(xiàn)低延遲、高帶寬存儲(chǔ)系統(tǒng)MPP結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展到

~100k處理器采用三種互連網(wǎng)絡(luò)：Gbit以太網(wǎng)用于節(jié)點(diǎn)內(nèi)部3DTorus用于節(jié)點(diǎn)間樹(shù)用于多播通信本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）482024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（17）ASCIBlueGene/L構(gòu)造圖BlueGene/LComputeASIC

本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）492024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（18）最快的并行向量計(jì)算機(jī)—ES體系結(jié)構(gòu)：并行向量機(jī)峰值速度/存儲(chǔ)器：40Tflops/10TB節(jié)點(diǎn)數(shù)/處理器數(shù)/處理器峰值：640/5120/8Gflops占地：六個(gè)籃球場(chǎng)大3層建筑安裝時(shí)間：2002年2月主要用途：全球氣候變化預(yù)測(cè)、地震預(yù)報(bào)、原子能等本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）502024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（19）TOP500中的機(jī)群機(jī)群系統(tǒng)在高性能計(jì)算機(jī)中所占比例迅速增加TOP500中目前有400個(gè)機(jī)群系統(tǒng)TOP500中最普通的并行機(jī)體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了高性能計(jì)算機(jī)的“平民化”本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）512024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（20）中國(guó)的高端高性能機(jī)群2008年11月,第32屆HPCTop500榜曙光5000A排名第10，LINPACK峰值180.6TFLOPS聯(lián)想DeepComp7000排名第19，LINPACK峰值102.8TFLOPS2009年06月,第33屆HPCTop500榜曙光5000A排名第15，LINPACK峰值180.6TFLOPS聯(lián)想DeepComp7000排名第31，LINPACK峰值102.8TFLOPS本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）522024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（21）中國(guó)的高端高性能機(jī)群—曙光5000機(jī)群特點(diǎn)（三高一低）高性能—超高運(yùn)算速度，230Tflops高效能—超高系統(tǒng)效率，大于70%高密度—單節(jié)點(diǎn)4路16核刀片低功耗—230萬(wàn)億次峰值功率700KW本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）532024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（22）中國(guó)的個(gè)人高性能計(jì)算機(jī)—基于龍芯2號(hào)國(guó)產(chǎn)萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)KD-50-I基本參數(shù)計(jì)算單元：336個(gè)主頻750MHz的龍芯2F，總的峰值計(jì)算速度1.008TFlops服務(wù)節(jié)點(diǎn)：2個(gè)Opteron雙核處理器，主頻2.2GHz內(nèi)存容量：每計(jì)算單元內(nèi)存1GB，服務(wù)節(jié)點(diǎn)內(nèi)存8GB，共344GB磁盤(pán)容量：876GB系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：千兆以太網(wǎng)特點(diǎn)（三低一高）低功耗—

整機(jī)功耗小于6KW低占地面積—

占地0.51平方米，高度1.74米低成本—

整機(jī)成本不超過(guò)80萬(wàn)高計(jì)算性能—

峰值性能達(dá)1TFlops以上本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）542024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（23）從Top500看高性能計(jì)算機(jī)的趨勢(shì)（1）關(guān)于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)：機(jī)群系統(tǒng)仍將是高性能計(jì)算機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)MPP仍然是一個(gè)重要結(jié)構(gòu),尤其是作為PFlops超級(jí)計(jì)算機(jī)的主要結(jié)構(gòu)PVP是另一種獲得超高性能的重要結(jié)構(gòu)，但不是主流本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）552024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（24）從Top500看高性能計(jì)算的趨勢(shì)（2）關(guān)于微處理器：主要是采用CMOS工藝的商用微處理器多核處理器占統(tǒng)治地位Intel處理器家族仍將是高性能計(jì)算機(jī)中占統(tǒng)治地位的處理器基于RISC的IBMPower體系也會(huì)有一席之地AMD有一定地位(HyperTransport加快了處理器間的通信速度，簡(jiǎn)化了一致性協(xié)議的實(shí)現(xiàn))專用的處理器仍然存在，但逐漸減少適用于最高端系統(tǒng)（Roadrunner）向量處理器片上系統(tǒng)本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）562024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（25）2.3高性能計(jì)算面臨的主要問(wèn)題Memorywall：存儲(chǔ)器訪問(wèn)能力與處理部件計(jì)算能力的不平衡處理器速度每年提高59%，高性能計(jì)算速度提高更快。存儲(chǔ)器速度每年提高7%。處理器性能與數(shù)據(jù)訪問(wèn)帶寬和延遲之間的差距越來(lái)越大。必須從系統(tǒng)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新，改進(jìn)時(shí)延機(jī)制，以提供更高的帶寬和更低的延遲。目前對(duì)三類超級(jí)計(jì)算機(jī)（定制、混合與商業(yè)）的主要區(qū)別在于針對(duì)不同的存儲(chǔ)訪問(wèn)模式所能提供的有效本地和全局存儲(chǔ)訪問(wèn)帶寬。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）572024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（26）Programmingwall:系統(tǒng)規(guī)模增大到10萬(wàn)個(gè)以上處理器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（數(shù)據(jù)共享與消息通信模式交織），為超級(jí)計(jì)算機(jī)編寫(xiě)高效健壯程序越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越困難。高性能機(jī)器上的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、庫(kù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境的進(jìn)展比廣泛應(yīng)用的工業(yè)軟件差很多沒(méi)有廣泛應(yīng)用的并行程序設(shè)計(jì)模型軟件的研制周期大于硬件的研制周期高端計(jì)算的真正危機(jī)在于軟件本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）582024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（27）Powerwall：?jiǎn)蝹€(gè)芯片的功耗急劇升高，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的總功耗越來(lái)越高占地均在數(shù)百~數(shù)千平方米，功耗在數(shù)兆瓦綜合成本急劇增加，高達(dá)數(shù)億美元如ASCI系統(tǒng)和ES系統(tǒng)峰值(Tflops)占地(m2)功耗(KW)Glops/m2Glops/KW時(shí)間BlueGene/L36723015001595652452005ASCI.Purple77.826247800124.729.972005RedStorm43.52791700155.9125.592005Earth-Simulator403060800013.0752002ASCI.Q301858710016.144.232004本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）592024/1/122.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（28）功耗-工業(yè)界普遍關(guān)注的問(wèn)題“HidinginPlainSight,GoogleSeeksMorePower”,byJohnMarkoff,June14,2006NewGooglePlantinTheDulles,Oregon,fromNYT,June14,2006Google策略在靠近河邊的平原上建立機(jī)房水力發(fā)電全世界共有>500,000臺(tái)服務(wù)器本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）602024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（1）3.1高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域3.2高性能計(jì)算的代表應(yīng)用實(shí)例3.2.1國(guó)產(chǎn)并行計(jì)算機(jī)在淮河流域防洪防污中的應(yīng)用

3.2.2高性能計(jì)算在石油與天然氣中的應(yīng)用

3.2.3高性能計(jì)算在數(shù)字化大橋中的應(yīng)用

本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）612024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（2）3.1高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域氣候能量的燃燒、熔化和裂變技術(shù)（軍事國(guó)防）生物社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展天體物理學(xué)數(shù)學(xué)能源及材料……“E3”報(bào)告62（WeatherModelingandForecasting）

考慮3000*3000平方公里的范圍，垂直方向的考慮高度為11公里。將3000*3000*11立方公里的區(qū)域分成0.1*0.1*0.1立方公里的小區(qū)域，則將近有1011個(gè)不同的小區(qū)域。另外還需考慮時(shí)間因素，將時(shí)間參數(shù)量化。假定考慮48小時(shí)天氣預(yù)報(bào)。

天氣預(yù)報(bào)63每一小區(qū)域的計(jì)算包括參數(shù)的初始化及與其它區(qū)域的數(shù)據(jù)交換。若每一小區(qū)域計(jì)算的操作指令為100條，則整個(gè)范圍一次計(jì)算的指令為1011*100=1013，兩天的計(jì)算次數(shù)將近100次，因此，指令總數(shù)為1015條。用一臺(tái)10億次/秒(PIII500)計(jì)算，將大約需要280小時(shí)。若我們用100個(gè)10億次/秒的處理器構(gòu)成一臺(tái)并行處理機(jī)，每個(gè)處理器計(jì)算的區(qū)域?yàn)?09個(gè)，不同的處理器通過(guò)通信來(lái)傳輸參數(shù)，若個(gè)處理器的計(jì)算能力得到充分利用，則整個(gè)問(wèn)題的計(jì)算時(shí)間不超過(guò)3小時(shí)。說(shuō)明兩點(diǎn)（1）并行計(jì)算機(jī)可以解決原先不能解決的問(wèn)題；（2）可進(jìn)行更準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)。64要開(kāi)采石油，必須鉆井。據(jù)說(shuō)打這樣一口井，花費(fèi)是非常高的，差不多要幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)，如果選擇的鉆井地點(diǎn)有偏差，那么投入的人力、財(cái)力、物力就會(huì)全部浪費(fèi)，損失巨大。因此提前的精確測(cè)算就顯得格外重要。石油勘探靠什么呢？現(xiàn)在據(jù)我門(mén)所知還在依靠人工地震，就是在認(rèn)為可能的地方進(jìn)行人工爆破，然后搜集爆破后的反應(yīng)，記錄它的反射弧，再把這些數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理，地質(zhì)專家再根據(jù)得出的結(jié)論分析石油的分布，爭(zhēng)取打下去就有石油開(kāi)采出來(lái)。石油部門(mén)是我國(guó)最早應(yīng)用計(jì)算機(jī)的部門(mén)。石油勘探本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）652024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（3）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（1）從傳統(tǒng)應(yīng)用到新興應(yīng)用歷史上，物理和工程科學(xué)是計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)者?，F(xiàn)今，像生物科學(xué)(從基于實(shí)驗(yàn)發(fā)展為基于計(jì)算、從個(gè)體研究發(fā)展為跨學(xué)科研究、從注意數(shù)值技術(shù)發(fā)展為生物醫(yī)學(xué)計(jì)算方法等)等是計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)的受益者。將來(lái)，社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)則是計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)的主要消費(fèi)者。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）662024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（4）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（2）傳統(tǒng)的科學(xué)與工程計(jì)算科學(xué)工程計(jì)算的共性：在過(guò)去20年，計(jì)算物理是應(yīng)用的主要驅(qū)動(dòng)力，這類應(yīng)用具有如下共同特點(diǎn)：應(yīng)用程序常常由定義在R3×t子空間的一組PDE所描述。多物理模擬的不同物理區(qū)域的計(jì)算方法各不相同。很多應(yīng)用均主要集中在大學(xué)和研究所。研究側(cè)重點(diǎn)離散化PDE及其相應(yīng)的線性/非線性方程的求解。強(qiáng)調(diào)并行機(jī)的速度和問(wèn)題求解精度。很少關(guān)心相關(guān)的I/O操作。并行化方法與編程模型并行化方法：最常使用區(qū)域分解法。編程模型：最常使用數(shù)據(jù)并行。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）672024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（5）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（3）與社會(huì)相關(guān)的新興應(yīng)用新應(yīng)用的共性：最近幾年，與社會(huì)相關(guān)的應(yīng)用急劇增加與傳統(tǒng)的計(jì)算應(yīng)用分享市場(chǎng)空間，其共性是：應(yīng)用問(wèn)題常常由圖來(lái)定義，而不是離散的R3空間。計(jì)算過(guò)程中的交互常是全局性的，而不是通過(guò)邊界來(lái)交換信息的。新出現(xiàn)的應(yīng)用，無(wú)相應(yīng)的使用經(jīng)驗(yàn)和成熟的軟件。很多應(yīng)用常集中在與社會(huì)相關(guān)的國(guó)計(jì)民生方面。研究側(cè)重點(diǎn)建立誠(chéng)信機(jī)制：包括硬件、軟件、人機(jī)界面、安全協(xié)議的使用等。巨量的數(shù)據(jù)，而不是科學(xué)計(jì)算，將是此類應(yīng)用的主要處理對(duì)象，I/O是最為關(guān)心的。數(shù)據(jù)的安全、屬主、管理等帶來(lái)一系列技術(shù)、法律和人道等問(wèn)題。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）682024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（6）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（4）應(yīng)用實(shí)例社會(huì)科學(xué)社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)：利用宏觀經(jīng)濟(jì)理論和計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)(行為方程)來(lái)模擬經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，施行動(dòng)態(tài)調(diào)整平衡，預(yù)測(cè)貨幣政策變化所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)含義，修正改變金融政策來(lái)防止經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩。社會(huì)行為科學(xué)：當(dāng)社會(huì)和行為科學(xué)家面臨巨大的數(shù)據(jù)需要理解和保護(hù)這些數(shù)據(jù)時(shí)，社會(huì)科學(xué)家和計(jì)算科學(xué)家加強(qiáng)合作是最有利的；社會(huì)科學(xué)家可幫助計(jì)算科學(xué)家理解在社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)中怎樣運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)；行為科學(xué)家也能幫助計(jì)算機(jī)科學(xué)家開(kāi)發(fā)良好的人機(jī)交互模型；心理學(xué)家和語(yǔ)言學(xué)家同計(jì)算機(jī)科學(xué)家合作，能聯(lián)合開(kāi)發(fā)易于理解、使用和語(yǔ)言翻譯的計(jì)算機(jī)程序，等等。主體經(jīng)濟(jì)學(xué)：通過(guò)相互作用主體(包括個(gè)體、社會(huì)群體、機(jī)構(gòu)、生物實(shí)體、物質(zhì)實(shí)體等)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模來(lái)研究經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象和規(guī)律，以達(dá)到理解以往的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范作用，定量分析和發(fā)展理論以及改進(jìn)方法等之目的。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）692024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（7）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（5）應(yīng)用實(shí)例物理科學(xué)挖掘資料發(fā)現(xiàn)新星球(褐矮星)：美國(guó)國(guó)家虛擬觀測(cè)站的計(jì)算機(jī)科學(xué)家用計(jì)算機(jī)搜索(約2分鐘)兩個(gè)天文數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)百萬(wàn)天體的資料時(shí)發(fā)現(xiàn)了它，它是研究人員在演示軟件的可行性時(shí)無(wú)意發(fā)現(xiàn)的，是天文界驚人的精確發(fā)現(xiàn)。超新星建模：伽利略觀察巨大星球爆炸500年后，人們對(duì)超新星(比太陽(yáng)至少大10倍)中心坍塌的爆炸機(jī)制仍不清楚。最近許多物理學(xué)家和計(jì)算科學(xué)家用一維、二維、三維程序來(lái)模擬此現(xiàn)象，有可能提高對(duì)此現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和增加對(duì)宇宙特性的理解。暗物質(zhì)與暗能量：最近宇宙科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹，這與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論理論物質(zhì)行為相反，宇宙科學(xué)家猜想，除暗物質(zhì)外，宇宙也可能包含暗能量，此能量將引力作為排斥力，從而導(dǎo)致加速膨脹，美國(guó)芝加哥大學(xué)天文學(xué)家用擴(kuò)展版FLASH程序模擬了宇宙的能力。本PPT部分內(nèi)容來(lái)源于國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）702024/1/123.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（8）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（6）應(yīng)用實(shí)例工程與制造微氣泡和船舶降阻：很久以來(lái)，研究人員已經(jīng)知道其體積約在50~500微米之間的微氣泡，在一些情形下可減少船舶80%的阻力、減少燃料消耗、增加航程。但是人們還不能確定最佳微氣泡系統(tǒng)的