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1、高性能计算与高性能计算机High Performance Computing and High Performance Computers陈国良陈国良深圳大学计算机与软件学院深圳大学计算机与软件学院国家高性能计算中心（合肥）国家高性能计算中心（合肥）国家高性能计算中心深圳分中心国家高性能计算中心深圳分中心国家高性能计算中心（合肥）2*摘要 高性能计算是一个国家的综合国力的体现，是支撑国家高性能计算是一个国家的综合国力的体现，是支撑国家实力持续发展的关键技术之一，在国防安全、高科技发展和实力持续发展的关键技术之一，在国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。计算科学已经和传统国民经
2、济建设中占有重要的战略地位。计算科学已经和传统的理论科学与实验科学并列成为第三门科学，它们相辅相成的理论科学与实验科学并列成为第三门科学，它们相辅相成地推动着人类科技发展和社会文明的进步。地推动着人类科技发展和社会文明的进步。2121世纪科学最重世纪科学最重要和经济上最有前途的研究前沿，有可能通过熟练地掌握先要和经济上最有前途的研究前沿，有可能通过熟练地掌握先进的计算技术和运用计算科学得到解决。进的计算技术和运用计算科学得到解决。 本报告首先简单地介绍一下高性能计算的含义、特点、本报告首先简单地介绍一下高性能计算的含义、特点、应用需求、地位和作用；接着讲述国际高性能计算机和我国应用需求、地位和
3、作用；接着讲述国际高性能计算机和我国高性能计算机的发展状况；然后概略地谈一下应用实例；最高性能计算机的发展状况；然后概略地谈一下应用实例；最后对加速我国高性能计算及高性能计算机的发展发表几点参后对加速我国高性能计算及高性能计算机的发展发表几点参考意见。考意见。 国家高性能计算中心（合肥）3*目录1. 1. 高性能计算的意义高性能计算的意义2. 2. 高性能计算的发展与现状高性能计算的发展与现状3. 3. 高性能计算的典型应用高性能计算的典型应用4. 4. 高性能计算的挑战与机遇高性能计算的挑战与机遇国家高性能计算中心（合肥）5*1. 高性能计算的意义（2）1.1 1.1 高性能计算的内在含义高
4、性能计算的内在含义n n 计算和计算科学计算和计算科学l l 所有的学科都转向定量化和精确化所有的学科都转向定量化和精确化l l 三大科学：三大科学：理论科学、实验科学和计算科学理论科学、实验科学和计算科学计算科学是一个交叉学科计算科学是一个交叉学科, , 用计算的方法来解决应用问题。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。行。计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学。象学。并行计算是跟上摩尔定律的重要手段。并行计算是跟上摩尔定律的重要手段
5、。国家高性能计算中心（合肥）6*1. 高性能计算的意义（3）n n 高性能计算的含义高性能计算的含义l l 高性能计算简称高性能计算简称HPC (High Performance HPC (High Performance Computing)Computing)，泛指量大、快速、高效的运算。，泛指量大、快速、高效的运算。l l 高性能计算主要包括：高性能计算主要包括：向量计算向量计算并行计算并行计算分布式计算分布式计算网络计算网络计算网格计算网格计算云计算云计算国家高性能计算中心（合肥）7*1. 高性能计算的意义（4）n n 高性能计算的量纲高性能计算的量纲国家高性能计算中心（合肥）8*1.
6、 高性能计算的意义（5）1.2 1.2 高性能计算的应用需求高性能计算的应用需求n n 应用需求应用需求l l 计算密集型应用计算密集型应用（Computing-intensive)Computing-intensive)：大型科学工程计算，数值模拟等。大型科学工程计算，数值模拟等。应用领域：石油、气象、应用领域：石油、气象、CADCAD、核能、制药、环境监测分、核能、制药、环境监测分析、系统仿真等。析、系统仿真等。l l 数据密集型应用数据密集型应用（Data-intensive)Data-intensive)：数字图书馆，数据仓库，数据挖掘，计算可视化等。数字图书馆，数据仓库，数据挖掘，计
7、算可视化等。应用领域：图书馆、银行、证券、税务、决策支持系统等应用领域：图书馆、银行、证券、税务、决策支持系统等。l l 通信密集型应用通信密集型应用（Network-intensive)Network-intensive)：协同工作，网格计算，遥控和远程诊断等。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、流媒体等应用领域：网站、信息中心、搜索引擎、电信、流媒体等。国家高性能计算中心（合肥）9*1. 高性能计算的意义（6）n n 千万亿次超级计算机的应用需求千万亿次超级计算机的应用需求国家高性能计算中心（合肥）10*1. 高性能计算的意义（7）1.3 1.3
8、 高性能计算的战略地位高性能计算的战略地位n n 从战略高度上讲从战略高度上讲l l 高性能计算技术是一个国家综合国力的体现。高性能计算技术是一个国家综合国力的体现。l l 高性能高计算是支撑国家实力持续发展的关键技术之一高性能高计算是支撑国家实力持续发展的关键技术之一 。l l 高性能计算国防安全、高科技发展和国民经济建设中占高性能计算国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。有重要的战略地位。 l l 重大挑战重大挑战问题：飞机设计、药物设计、全球气候预测、问题：飞机设计、药物设计、全球气候预测、人类基因、海洋环流新材料、油藏数值模拟、生物分子人类基因、海洋环流新材料、油藏数
9、值模拟、生物分子结构、半导体建模、超导建模等。结构、半导体建模、超导建模等。国家高性能计算中心（合肥）11*1. 高性能计算的意义（8）n n 高性能计算在发达国家的战略地位（高性能计算在发达国家的战略地位（1 1）l l 美国有关发展高性能计算的建议报告美国有关发展高性能计算的建议报告从从19821982年到年到20052005年年，美国国防部、能源部、国家科学院、，美国国防部、能源部、国家科学院、国家科学基金委以及美国总统信息技术顾问委员会、美国国家科学基金委以及美国总统信息技术顾问委员会、美国信息技术咨询委员会、美国国家竞争力委员会等提出的有信息技术咨询委员会、美国国家竞争力委员会等提出
10、的有关信息技术和计算机的建议报告中，大都涉及到了高性能关信息技术和计算机的建议报告中，大都涉及到了高性能超级计算机的内容。超级计算机的内容。国家高性能计算中心（合肥）12*1. 高性能计算的意义（9）n n 高性能计算在发达国家的战略地位（高性能计算在发达国家的战略地位（2 2） 清单清单( (按年代排序按年代排序) ) 19821982年，美国国家科学院：关于科学研究及工程中的大规模计算年，美国国家科学院：关于科学研究及工程中的大规模计算 19931993年，美国国家科学院：从台式计算机到万亿次计算机：充分发挥美年，美国国家科学院：从台式计算机到万亿次计算机：充分发挥美国在高性能计算领域领导
11、权国在高性能计算领域领导权 19951995年，美国国家科学院：特别工作组关于未来国家科学基金委超级计年，美国国家科学院：特别工作组关于未来国家科学基金委超级计算中心计划报告算中心计划报告 19961996年，美国总统信息技术顾问委员会：信息技术研究：为了未来年，美国总统信息技术顾问委员会：信息技术研究：为了未来 20002000年，美国国家科学院：促使信息技术更好年，美国国家科学院：促使信息技术更好 20012001年，美国国家科学院：无处不在年，美国国家科学院：无处不在 20022002年，美国国防部：适用于国家安全部门的高性能计算年，美国国防部：适用于国家安全部门的高性能计算 20032
12、003年，美国能源部：基于科学的大规模模拟年，美国能源部：基于科学的大规模模拟20032003年，美国国家科学基金委：通过计算机基础结构变革科学与工程年，美国国家科学基金委：通过计算机基础结构变革科学与工程20032003年，美国国家科学基金委：信息时代的知识丢失年，美国国家科学基金委：信息时代的知识丢失 20042004年，美国国家竞争力委员会：促使美国变革并提高竞争力年，美国国家竞争力委员会：促使美国变革并提高竞争力20042004年，美国跨机构：联邦高端计算计划高端计算复兴特别工作组年，美国跨机构：联邦高端计算计划高端计算复兴特别工作组 20052005年，美国国家科学院：超级计算机未来
13、年，美国国家科学院：超级计算机未来20052005年，美国总统信息技术顾问委员会：计算科学：确保美国竞争力年，美国总统信息技术顾问委员会：计算科学：确保美国竞争力国家高性能计算中心（合肥）13*1. 高性能计算的意义（10）n n 高性能计算在发达国家的战略地位（高性能计算在发达国家的战略地位（3 3）l l 美国发展有关高性能计算的行动计划美国发展有关高性能计算的行动计划 19931993年，美国科学工程技术联邦协调理事会：年，美国科学工程技术联邦协调理事会：HPCC (High HPCC (High performance Computing & Communication) Grand
14、Challengeperformance Computing & Communication) Grand Challenge计划计划，提出发展万亿次，提出发展万亿次(Tera=10(Tera=101212) )计算机计划。计算机计划。 19961996年，美国能源部和年，美国能源部和Lawrence LivermoreLawrence Livermore、Los AlamosLos Alamos、SandiaSandia三大核武器国家实验室：三大核武器国家实验室：ASIC (Accelerated Strategic Computing ASIC (Accelerated Strategic
15、 Computing Initiative) Initiative) 计划，提出发展千万亿次计划，提出发展千万亿次(Pera=10(Pera=101515) )计算机的目标。计算机的目标。 19971997年，年，HPCCHPCC包括了包括了HECC (High End Computing & HECC (High End Computing & Communication),Communication),被扩展为被扩展为CIC (Computing, Information, CIC (Computing, Information, Communication)Communication)计
16、划。计划。 19981998年度的年度的CICCIC蓝皮书，将千万亿次计算机硬件和软件研制列入蓝皮书，将千万亿次计算机硬件和软件研制列入了计划中。了计划中。 20022002年启动年启动HPCSHPCS计划，希望确定未来计划，希望确定未来1010到到2020年超级计算机的体系年超级计算机的体系结构。结构。国家高性能计算中心（合肥）14*1. 高性能计算的意义（11）n n 高性能计算在发达国家的战略地位（高性能计算在发达国家的战略地位（4 4）l l 美国美国19961996年提出的年提出的ASCIASCI（Accelerated Strategic Computing Accelerated Strategic Computing InitiativeInitiative）计划。）计划。通过数值模拟，评估核武器的性能、安全性、可靠性等。通过数值模拟，评估核武器的性能、安全性、可靠性等。高分辨率、高逼真度、三维、全物理、全系统的规模和能力。高分辨率、高逼真度、三维、全物理、全系统的规模和能力。计划研制计划研制5 5代计算平台，目前，前四代已完成，第五代平台正在研制。代计算平台，目前，前
