[质量]高性能计算机的进展现状与趋势

3计算机教育2004.5威望代表着高性能计算机的发展现状和趋势评论中国科学院计算技术研究所副所长范建平/高性能计算机的发展现状当前，遇到的主要问题高性能计算带来的好处是: 扩展瓶颈以提高性能是一项持续了40年的工作. 如图1所示，计算机的瓶颈在过去40年中发生了巨大变化. 2.摩尔定律是主要原因，如图2所示. 3.计算机系统的设计在1980年始失去平衡，如图3所示. 4.体系结构进入后集群时代，如图4和图5所示. 5.从论文统计的角度来看，科学技术界的研究逐渐失去了它的作用. 目标，如图6所示（国际通用计算机协会ISCA）. 6.高性能计算机的设计仍与应用程序系统分离. 7.高性能计算机的开发技术面临挑战. （1）AvailaBilly，MaintaInaBilly，Evluu-TioNaryGryWoTth，规模，功耗和系统规模的传统集群集群系统. （2）Da Niel A. Reed指出，随着新的成本效益的出现，我们组装了一些组件，因此Tera Byte级别的系统组装仅需花费数千美元，而Peta By-te系统仅需组装成本. 几百万美元.

关键问题是如何在这些组件之间找到平衡，从而使系统具有较高的可用性和效率. 不幸的是，美国目前没有活跃的建筑和原型研究项目. 简而言之，我们当前正面临包括软件和硬件在内的体系结构危机. 这是网格技术研发的主要方面. 高性能计算机的使用方式从传统的集中式使用（高性能计算中心）到集成（与其他设备），网格（其他计算中心）和按需计算（租赁计算能力）的发展方向. 2.像普通计算机（服务器，PC）一样，高性能计算机用户也关注TO OC INF IF CY CL和TO OC INF PROJECT期限. 3.按需计算（部分计算能力，联合计算），制造成本（是传统PCcluster的10到100倍），运营成本（体积，功耗）和其他要求给下一代高性能计算机的研发提出了挑战. 性能的计算机. HPC体系结构正朝着超并行性高性能计算机发展历程，多层存储结构和混合粒度编程的方向发展. 实现Peta触发器的计算性能的HPC需要并行连接10、000-100、000 CP PU内核（处理器模块）. 与当今由数千个CPU组成的系统结构相比，超并行性需要在节点，连接和存储方面进行创新.

2. CPU与内存之间的性能图1研究员范建平高性能计算机的全面发展趋势高性能计算机与网格研究之间的关系高性能计算机（HPCC）和网格正在朝着差异化和共生的方向发展. HPC主要基于科学计算，而Petaflops计算机系统的实现是现阶段的主要目标. 研究领域包括新架构，新设备技术和系统软件. 2.作为一种廉价且容易获得的计算资源，计算网格已受到应用科学家和普通用户的广泛关注和尝试，并已发展成为高性能计算机系统（门户）的用户. 3.数据和信息网格为开发和使用各种应用程序系统提供了一个平台. 它具有资源共享，动态交互和集成的特点. 权威展台Comment4计算机教育2004.5采用“差距”（带宽，延迟），并安装了多层存储结构（内存层次结构）. 3.粗中细混合规划模型充分利用了问题本身的并行性，发挥了超系统的运行效率. HP C对应用程序适应性（适应性）的追求正在兴起. 依靠用于应用程序的系统和用于人员的系统是整个计算机系统的长期目标之一.

2. HPC系统对应用的适应性（AdapTability）已逐渐成为下一代系统追求的特征. 硬件体系结构的动态调整，操作系统的动态部署以及并行编译系统的智能工作都是实现此功能的全部工作. 3.“适应性强: 凯尔特语系统以一种特别的方式被接受，并获得了更好的性能，” （IBM）高性能计算机从一般变为特殊基于集成电路的高性能计算机系统受集成电路自身发展的制约. 集成电路发展的两个定律: Moorer Law和Yakim Otower. 2. YakimotoWave: 从专用到通用的转换期为10年； 3.随着应用领域的不断深入和复杂化，HPC系统的设计呈现了基于通用技术的定制化趋势（生物学，石油等）.

如图7所示. 高性能计算机技术的发展趋势高性能计算机是纵向还是横向发展？高性能计算机的体系结构仍然是并行处理结构. 编程模型主要支持C Plus + SMP，C Plus + MPP. 2.主要的设计概念是: 强节点容量和少量节点（千个）和存储共享（FAT节点模式），弱节点容量和大量节点（数万个）和分布式存储（瘦节点模式）区别. 3.选择的主要因素是运营性能，制造成本，维护成本，开发周期，应用适应性等. FAT节点模式具有运行效率高，维护成本低，开发周期短，应用适应性广的特点. 薄节点法的最大特点是制造成本低. 基于CPU的设计理念正在逐渐让位给带宽和存储内存，而互连逻辑既是主要成本，又是性能的主要瓶颈. 1.计算逻辑（￥ 0.5 / GFFLOPS），存储逻辑（￥ 200 / GBet，￥4.0perGB BG / s 10信号），带宽（￥ 0.8 /每GB BG /子中止，￥ 2.5 / g BB / s交叉）大约kp专用道，每er G BB / s cros saacb bl 2 r GB / s crooss光纤￥ 5.0. （WilliamJ. Dally，StannforUdiv）2.实际上，系统的成本取决于存储设备和传输数据的逻辑设备的成本.

由于图2图3图4图5图6图75计算机教育2004.5权威立场注释在设计算法时，应考虑使用更多的计算资源，更少的内存资源和通信资源. 设计系统时，即使降低了计算设备的效率，也应让系统更有效地使用内存和通信资源. 传统观点认为，计算机系统中的计算设备是最昂贵的资源. 3. Von Neumann的瓶颈（Von Neume nambo瓶颈）. 高速缓存和MemoryBand-width与平衡系统的要求相差1000倍. 构建高性能计算机的组件是多样化的，集成的并且是非标准化的. 高效率和低消耗是选择标准. 器件（CP UM存储器连接），多样化（集成）（SO COS IP P IM）和非标准化（FPGA光学器件V CC SEL）. 使用非工业主板（类型，尺寸，功耗等）是主流趋势. 我们的目标是超越由C Luster系统组成的传统商用组件（PC主板），使其性价比达到10至100倍. 2.处理器AS ICS主要基于传统的CP pu IP矿石. 通过添加Vector U nits和ALS，可以设计出多核矿，并且可以设计4种以上的矿石. 主流.

为专用领域设计的处理器可能使用FPGA技术，最多可使用数百个CPU. SO C和SIP技术将用于集成更多逻辑（存储，连接等）. 3. Ca Cache Szie和Ca Cache Sine Sense的增加将反映出增加存储带宽和速度的努力；内存智能（在《内存-P IM》中进行）（C手册）； emorynin程序）. 未来计算机制造技术的发展趋势如何突破本世纪的瓶颈: PCB板中的电路速度（相对于板和芯片内部），以提高C髋与C髋之间的通信效率？ 1.引脚对引脚引脚通信. （SUN的解决方案）2.光学开关（C ip toto ch ip，B aar d to to B aar rd），芯片的不同内部组件如图8所示. 高性能计算机系统软件正在朝着简化和网格服务的方向发展. 1.传统的高端系统是节点集群，每个节点都有完整的操作系统.

此设计明显增加了软件故障率并降低了系统效率. 操作系统中的许多机制和策略实际上阻碍了系统性能. 当开发具有更高并行度的HPC系统时高性能计算机发展历程，问题将更加严重. 类似于C ICS和R ICS之间的关系. 2.操作系统的设计理念已恢复到简单性（简单的内核，简化的保护，全局功能支持）和单个虚拟（真实）地址空间. 3. MPI及其变体具有大量的应用程序和后续投资，并有望成为并行编程（API）的垄断接口. MPI更（MPI-XXX）. 几年之后，也许HPC成为MPim. 可视化研究1.应用程序系统（Visu ali-zatino）的可视化研究是高性能计算机应用程序系统发展的一大亮点. 它是HPC在科学发，绩效/单位空间，绩效/单位能耗的综合指标.

单元性能=所需的门电路面积2.高生产率指标: 关注应用系统开发的整个周期（开发，运行和维护），而不是当今的单个运行指标. 如何理解和定义高生产率: 包括系统中各种工具的生产率以及整个系统的生产率. 传统上，我们仅分析算法的效率. 高性能计算机产业的发展趋势正在加速标准化和工业化的发展趋势. 低价格将启动高性能计算机的“普及”过程. 在2005年左右，将出现1万亿至10亿元的飞行. 竞争重点将放在市场容量和战略上，戴尔模型值得关注. 技术异质性主要体现在处理器的化，互连标准化和低存储价格上. 鉴于应用领域，在PC主板上添加专用处理器（FP GA，ASIC）将具有更高的性价比和更大的可重构计算机会. 该网络专注于Myline，Infinanabad和10GBe之间的竞争，而10GBee具有发展潜力. 没有针对存储系统技术的标准，产品多样化（SAN，NAS），成本效益将决定最终的赢家. 应用系统薄弱，开发人员由公司和科研机构组成. 中国的科研和企业拥有更大的机会. 虚拟现实技术是一个热点. 如图9所示. 图8图9

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