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1、高性能计算机的历史、现状和未来高性能计算机的历史、现状和未来1. 超级计算机的简介超级计算机的简介超级计算机是一种超大型电子计算机。具有很强的计算和处理数据的能力，主要特点表现为高速度和大容量，配有多种外部和外围设备及丰富的、高功能的软件系统。常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通 PC 机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。超级计算机是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义。超级计算机是一个相对的概念，一个时期内的巨型机到下一时期可能成为一般的计算机；一个时期内的超级机技术到下一时期可能成为一般的计算机技术。现代的超级计算机用于核物理研究
2、、核武器设计、航天航空飞行器设计、国民经济的预测和决策、能源开发、中长期天气预报、卫星图像处理、情报分析和各种科学研究方面，是强有力的模拟和计算工具，对国民经济和国防建设具有特别重要的价值。2. 超级计算机的历史超级计算机的历史一般认为，自 1946 年第一台电子计算机 ENIAC 问世至今，超级计算机的发展已先后经历了 5 个阶段或 5 代，即早期的单处理器巨型机、向量处理系统、大规模并行处理系统、共享内存处理系统和机群系统。 1964 年诞生的 CDC6600 被公认为世界上第一台超级计算机，其运算速度为 1Mflops.70 年代初研制成功 STAR-100 向量机，这是世界上最早的向量
3、机。随后于 1974 年，诞生了世界上最早的 SIMD 阵列计算机-ILLIAC-IV 并行机。 1976 年，CRAY 公司推出 CRAY-1 向量机，开始了向量机的蓬勃发展，其峰值速度为 0.1Gflops. 向量机处理对提高计算机运算速度十分有利，有利于流水线的充分利用，有利于多功能部件的充分利用，但由于时钟周期已接近物理极限，向量计算机的进一步发展已经不太可能。 就在传统向量机逐渐萎缩的同时，应来了大规模并行处理 MPP 机蓬勃发展的时代。各种新技术层出不穷，大公司也纷纷介入。其中，1996 年 12 月宣布的 ASCI RED,运算速度超过了万亿次/秒。目前新建的超级计算机大都使用机
4、群式结构，只不过在具体采用的节点机型、拓扑结构及互连技术会有所不同。机群式超级计算机系统具有结构灵活、通用性强、安全性高、易于扩展、高可用性和高性价比等诸多优点。2011 年 6 月 21 日国际 TOP500 组织宣布，日本超级计算机“京”（K computer）以每秒 8162 万亿次运算速度成为全球最快的超级计算机。 以每秒 8162 万亿次运算速度成为全球最快的超级计算机。 “K Computer”当前运算速度为每秒 8 千万亿次，而到 2012 年完全建成时，其运算速度将达到每秒一万万亿次。“K Computer”比现居第二的中国超级计算机速度快出约 3 倍，甚至比排名第 2 至第
5、6 的计算机运算速度总和还要快。3.中国超级计算机的发展历史中国超级计算机的发展历史 1983 年，中国第一台被命名为“银河”的亿次巨型电子计算机在国防科技大学诞生。它的研制成功向全世界宣布：中国成了继美、日等国之后，能够独立设计和制造巨型机的国家。 1992 年，国防科技大学研制出银河II 通用并行巨型机，峰值速度达每秒 10 亿次，主要用于中期天气预报。 1993 年，国家智能计算机研究开发中心（后成立北京市曙光计算机公司）研制成功曙光一号全对称共享存储多处理机，这是国内首次以基于超大规模集成电路的通用微处理器芯片和标准 UNIX 操作系统设计开发的并行计算机。 1995 年，曙光公司又推
6、出了曙光 1000，峰值速度每秒 25 亿次浮点运算，实际运算速度上了每秒 10 亿次浮点运算这一高性能台阶。曙光 1000 与美国 Intel 公司 1990 年推出的大规模并行机体系结构与实现技术相近，与国外的差距缩小到 5 年左右。 1997 年，国防科技大学研制成功银河III 百亿次并行超级计算机系统，峰值性能为每秒 130 亿次浮点运算。 1997 至 1999 年，曙光公司先后在市场上推出曙光 1000A，曙光 2000I，曙光 2000II 超级服务器，峰值计算速度突破每秒 1000 亿次浮点运算。 1999 年，国家并行计算机工程技术研究中心研制的神威 I 计算机，峰值运算速度
7、达每秒 3840 亿次，在国家气象中心投入使用。 2004 年，由中科院计算所、曙光公司、上海超级计算中心三方共同研发制造的曙光 4000A 实现了每秒 10 万亿次运算速度。 2008 年，“深腾 7000”是国内第一个实际性能突破每秒百万亿次的异构机群系统，Linpack 性能突破每秒 1065 万亿次。 2008 年，曙光 5000A 实现峰值速度 230 万亿次、Linpack 值 180 万亿次。作为面向国民经济建设和社会发展的重大需求的网格超级服务器，曙光 5000A 可以完成各种大规模科学工程计算、商务计算。 2009 年 10 月 29 日，中国首台千万亿次超级计算机“天河一号
8、”诞生。这台计算机每秒 1206 万亿次的峰值速度和每秒 5631 万亿次的 Linpack 实测性能，使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。 2011 年 11 月，中国第一台实测性能超千万亿次的超级计算机曙光“星云”在国家深圳超算中心全面开通运行。“星云”系统峰值为每秒 3000 万亿次，实测 Linpack 性能达到每秒 1271 万亿次，是中国第一台、世界第三台实测双精度浮点计算超过千万亿次的超级计算机。4. 超级计算机的现状超级计算机的现状 由日本政府出资、富士通制造的巨型计算机“K Computer”目前落户于日本理化研究所，并成功从中国手中夺回运算速度
9、排行榜第一的宝座。 “K Computer”目前的运算速度为每秒 8000 万亿次，而到 2012 年其完全建成时，运算速度将达到每秒一万万亿次。 “K Computer”比现居第二的中国超级计算机速度快出约 3 倍，甚至比排名第 2 至第 6 的计算机运算速度总和还要快。我国高端计算机系统研制开始于 20 世纪 70 年代中后期，大体经历了 3 个主要发展阶段：第一阶段从 70 年代中后期到 80 年代中期，主要以研制大型向量系统为主(以银河 I 为代表)；第二阶段从80 年代中后期到 90 年代末，主要以研制大规模并行系统为主(以神威 I 为代表)；第三阶段从 90 年代中期起，主要以研制
10、大规模机群系统为主(以曙光机为代表)。目前，参与高端计算机研制的单位已经从科研院所发展到企业界。进入新世纪，随着研制高端计算机系统的诸多关键技术被攻克(尤其是机群技术)，我国自行研制的高端计算机系统已开始形成自己的品牌系列和一定的市场规模，其发展呈现星火燎原之势头。近两年，随着“神威”、“银河”、“曙光”、“深腾”、“天梭”等一批知名产品的出现，使我国成为继美、日之后第三个具备高端计算机系统研制能力的国家，被誉为世界未来高端计算市场的“第三股力量”。5. 超级计算机的未来超级计算机的未来按照有关专家和研究人员的构想，与现有第 5 代的机群系统相比，未来的 HPC-G6(高性能计算机第六代)将具
11、备更高的可扩展性、可用性、可持续性、计算密度、可管理性、运行效率和性能功耗比等特征。更高的可扩展性意味着未来的 HPC-G6 可以更大规模地扩展节点数量及其互连带宽，实现数千甚至上万个节点的高速互连。更高的可用性和计算可持续性即系统具有高可靠的持续运算能力，更高的计算密度指单个机架空间中将能容纳更多的处理单元、具有更高的计算能力，更高的可管理性即能够采用简便的操作控制方式实现对整个系统的有效管理。HPC-G6 将具有更高的运行效率，并且单位功耗所换取的计算能力，也就是性能功耗比将进一步提升。虽然，HPG-G6 目前还只是作为一种概念和构想被提出，但它标志着人们已经开始准备向着实现更高性能计算的征程出发。
