浅谈超级计算机.doc

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浅谈超级计算机

目录

摘要 3

一引言 3

二相关基本理论描述 4

三超级计算机的结构 4

1.对称多处理（SMP） 4

2.大规模并行处理（MPP） 5

3.机群（Cluster） 5

4.群聚集（Constellations） 5

四超级计算机的应用及分类 5

1.超级计算机的应用 5

2.超级计算机的分类 6

五超级计算机的现状 6

1.我国超级计算机现状 6

2.中国最高性能计算机性能 6

3.世界超级计算机现状 7

4.世界顶级超级计算机 8

5.或夺头筹 10

6.相关资料 10

7.峰值性能１２０６万亿次是质的飞跃 11

六超级计算机的意义及展望 13

1.MPP结构仍是主流体系结构 13

2.SSMP成为开发热点 14

3.向量机继续发展 14

4.NOW结构前景广阔 14

5.亿亿级超级计算机 14

七参考文献 16

摘要

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。

就世界和我国超级计算机的现状、用途分别进行了分析和阐述，并探讨超级计算机的发展方向。

关键字：

超级计算机概念结构应用分类现状

一引言

今年5月31日，第35届全球超级计算机TOP500排行榜在德国汉堡举行的SC10大会上发布。

一个令华夏儿女自豪的消息随之传来：

中国曙光公司制造的“星云”超级计算机以1.27Pflops的Linpack性能和2.98Pflops的峰值性能排名第二！

这是我国超级计算机发展史上的又一座新的里程碑！

中国超级计算机技术的发展再次引起世人的关注。

二相关基本理论描述

超级计算机通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。

为了帮助大家更好的理解超级计算机的运算速度我们把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。

在这样的运算速度前提下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。

超级计算机技术已不再是一个新鲜的话题，美国IBM、日本NEC、中国曙光都已推出自己的超级计算机，但比较而言，以美国两院院士、“世界超级涡轮式刀片计算机之父”陈世卿博士为首的专家团队回归祖国后研发出的超级计算机仍然具有绝对的优势。

　　新一代的超级计算机采用涡轮式设计，每个刀片就是一个服务器，能实现协同工作，并可根据应用需要随时增减。

单个机柜的运算能力可达460.8千亿次/秒，理论上协作式高性能超级计算机的浮点运算速度为100万亿次/秒，实际高性能运算速度测试的效率高达84.35%，是名列世界最高效率的超级计算机之一。

通过先进的架构和设计，它实现了存储和运算的分开，确保用户数据、资料在软件系统更新或CPU升级时不受任何影响，保障了存储信息的安全，真正实现了保持长时、高效、可靠的运算并易于升级和维护的优势。

目前（2010年10月）世界最快超级计算机为天津国家超级计算机中心的天河-1A，速度为每秒2.5千万亿次，据悉该计算机采用了逾7000个英伟达生产的图形芯片

三超级计算机的结构

根据Top500的分类方法,当前超级计算机的体系结构有以下几种。

1.对称多处理（SMP）

对称式多处理器（SMP）：

SymmetricMulti-Processor的缩写。

是指在一个计算机上汇集了一组处理器（多CPU）。

各处理器完全相同,平等地访问软硬件资源,处理器间通过总线或者交叉开关相连,共享存储器,但有各自独立的Cache。

SMP的优势在于其透明的编程模式,串行程序一般可不加修改直接运行于SMP之上。

缺点是由于对公共内存和I/O的竞争,加上维护Cache一致性的开销,导致扩展能力有限。

2.大规模并行处理（MPP）

　　MPP指在同一地点由大量处理器构成的并行计算机,一般以通用64位微处理器作为处理节点,多为分布存储方式,节点间通信用消息传递方式,其规模可扩展到数千节点。

MPP系统的优点是峰值速度高,并有良好的可扩展性。

主要缺点是消息传递能力与节点运算能力难以匹配。

3.机群（Cluster）

　　Cluster是用高速互连网络连接起来的一组微机或工作站,各节点都是独立的（有独立完整的内存和操作系统）计算机。

互连常采用商用计算机网络（ATM、FDDI、以太网等）,采用消息传递方式通信。

它具有规模可扩展、性价比高等优点,缺点主要是多操作系统难于管理和维护,而且通信延迟大。

机群系统包括下列组件：

高性能的计算结点机（PC、工作站或SMP）；具有较强网络功能的微内核操作系统；高效的网络/交换机（如千兆位以太网和Myrinet）；网卡；快速传输协议和服务；中间件层；并行程序设计环境与工具。

4.群聚集（Constellations）

　　Constellations指以大型SMP（处理器数目不少于16个）为节点构成的Cluster,各节点间通过高速专用网络互连,也称为机群SMP（Cluster-SMP或CSMP）。

新近的巨型机多采用这种结构,如IBMASCIWhite系统由512个节点机构成,每个节点含16个Power3处理器,节点内共享存储,节点间由交叉开关互连。

四超级计算机的应用及分类

1.超级计算机的应用

超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。

随着超级计算机运算速度的迅猛发展，它也被越来越多的应用在工业、科研和学术等领域。

我国现阶段超级计算机拥有量为22台（中国内地19台，香港1台，台湾2台），居世界第5位，就拥有量和运算速度在世界上处于领先地位，但就超级计算机的应用领域来说我们和发达国家美国、德国等国家还有较大差距。

如何利用超级计算机来为我们的工业、科研和学术等领域服务已经成为我们今后研究发展的一个重要课题。

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。

我国超级计算机及其应用的发展为我国走科技强国之路提供了坚实的基础和保证。

2.超级计算机的分类

超级计算机可分两类，采用专用处理器或者采用标准兼容处理器。

前者可以高效地处理同一类型问题，而后者则可一机多用，使用范围比较灵活、广泛。

专一用途计算机多见于天体物理学、密码破译等领域。

国际“象棋高手”“深蓝”、日本的“地球模拟器”都属于这样的超级计算机。

据统计，500强超级计算机有232个是非专用系统，服务于军事、医药、气象、金融、能源、环境和制造业等众多领域

五超级计算机的现状

1.我国超级计算机现状

　　作为高科技发展的要素，超级计算机早已成为世界各国经济和国防方面的竞争利器。

经过我国科技工作者几十年不懈地努力,我国的高性能计算机研制水平显著提高，成为继美国、日本之后的第三大高性能计算机研制生产国。

国家863软件专业孵化器（昆明）基地积极加强与由美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士、世界超级涡轮式刀片计算机之父陈世卿博士领衔的超级计算核心技术和科学家团队的合作，计划引进其拥有完全自主知识产权的具有世界领先技术的超级计算机以及相关行业领域的解决方案，利用超级计算机强大的科学计算、事务处理和信息服务能力，借助其提供信息服务的强大引擎或平台，整合资源，协同作业，解决污染整治对算法、方程、建模、模拟等复杂计算的需求。

2.中国最高性能计算机性能

　　2010年10月最新数据

　　天津的天河-1A已经安装完毕，速度全球第一，比第二名的美国国家实验室的计算机快30%，速度达到每秒2.5千万亿次运算

　　（前１０名，截止到2009年11月）1

中国“天河一号”超级计算机

研制厂商/单位:

国防科技大学与天津滨海新区合作研制

　　型号:

天河一号（Intel至强5500，ATI的GPU）

　　安装年份:

2009

　　应用领域:

科学计算

　　处理器数:

6144（CPU）、5120（GPU）

　　Linpack值563.TFlops

　　Linpack来源:

C

　　峰值（Gflops）:

1206000PFlops

国防科技大学成功研制出峰值性能为每秒１２０６万亿次的“天河一号”超级计算机。

在今天中国高性能计算机TOP100组织公布的2009年度前100强排名中，天河一号高居榜首。

实现了我国自主研制超级计算机能力从百万亿次到千万亿次的跨越，使我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系统的国家。

　　“天河一号”由国防科学技术大学研制，部署在国家超级计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次。

　　美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”超级计算机此前排名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。

“美洲虎”的实测运算速度可达每秒1750万亿次。

　　排名第三的是中国曙光公司研制的“星云”高性能计算机，其实测运算速度达到每秒1270万亿次。

TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。

从1993年起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构，国际TOP500组织以计算机实测速度（Linpack测试值）为基准，每年两次发布世界上最快的500台超级计算机排名。

14日公布的是第36版排行榜。

存。

3.世界超级计算机现状

　　美国劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence·Livermore）国家实验室内，由IBM设计的蓝色基因/L在测试中以每秒136.8兆的计算速度记录一个高峰值之后恢复了最高点。

IBM称，在一次完整的过程中,系统应该有两倍的动力,即峰值表现超过360teraflops。

　　来自德国和美国的研究人员，每年两次颁布动力最为强大的500个计算机的名单。

最近的名单出现在德国海德堡举行的国际超级计算机会议上。

这些高端计算机都是由各种奇特的制造方法完成，而不是由标准成分组成的。

尽管这样，计算机也可以达到一个极高的速度。

　　过去两年，多数接近最高的500个名单的计算机是由普通的电脑硬盘连同新奇的软件组成。

但是现在情况不同了，一些系统开始决定这些排名。

举例来说,现在的冠军蓝色基因/L,是经过特殊设计的系统，同时合并了空前的65,536个人处理器,再加之可升级的模版设计。

此系统不但比传统的系统更有动力而且也比较紧凑避免了供电不足。

IBM的汤姆斯J沃森研究中心设计的被称为BGW的蓝色基因机器是本次500名单中的第二名，这进一步说明了此设计理念的正确性。

这一系统与蓝色基因/L的模组设计一样，只是有较小的处理器并且只可以记录91.2teraflops峰值处理动力。

现在，没有一部在1997年制造的计算机有能力进入最高500名单。

高速计算争霸的战争表明：

传统计算机处理器与超级处理器的差别。

日本政府最近宣布计划赞助一部处理速度高达1000teraflops-或petaflop计算机的发展，希望在2010年之前可以面世.

4.世界顶级超级计算机

2010年10月最新数据：

　　天津的天河-1A已经安装完毕，速度全球第一，比第二名的美国国家实验室的计算机快30%，速度达到每秒2.5千万亿次运算。

　　全球高性能计算机TOP500排行榜官方网站5月31日发布了最新的“500强”名单，中国首台实测性能超过千万亿次的高性能计算机“星云”跻身世界超级计算机第二位。

超级计算机名称　开发公司/院校　所在机构　运算速度（最大）运转速度（峰值）

　　走鹃（Roadrunner）IBM　美国洛斯阿拉莫