超级计算机的现状与进展趋势

超级计算机的现状和发展趋势1.什么是超级计算机？ 2.回顾一下超级计算机的发展历史吗？ 3.超级计算机应用程序？ 4.下一代超级计算机序列？信息技术最前沿的超级计算机一直是一国重要的战略资源，对国家安全，经济和社会发展具有重要意义. 过去两年来，超级计算（SUPERCOMPUTING）和高性能计算（HPC）一直是热门话题，这不仅是因为国内市场上的Dawning，Lenovo和Inspur等公司增加了投资和市场推广，以便用户有更多机会了解这些难以理解的庞然大物；从全球发展趋势，高性能来看，计算机系统（或超级计算系统）的竞争非常激烈，从万亿次级到十万亿次高性能计算机发展历程，甚至到万亿次级，计算性能的高峰越来越快. 除了气象分析，石油勘探，核实验模拟，蛋白质折叠和其他超级计算应用程序外，我们还看到与我们的生活紧密相关的高性能计算应用程序，包括汽车制造设计，电影模拟，药物研究和国家网格施工. 毫不夸张地说，我们每个人都在享受高性能计算的直接或间接服务...首先，什么是超级计算机？根据美国能源部劳伦斯·伯克利超级计算机国家实验室（HPC）的定义: HPC是由8个或更多计算机节点组成的集群，它们可以作为一台高性能计算机工作.

？用外行的话来说，超级计算机是可以执行超速操作的计算机. 2.超级计算机的发展历史: “超级计算机之父”-西蒙·克雷（Simon Cray）？从真正的意义上讲，开发符合超级计算机定义的产品的人应该是S. Cray博士. 人们后来被西方人称为“巨型机器之父”. 1963年，他开发了世界上第一台巨型机器CDC6600，该机器总共安装了35万个晶体管，运行速度为1MFLOPS. 在这之后，巨型机器走了五代，即单片机系统，向量处理系统，并行处理（MPP）系统，共享内存结构和集群系统（CLUSTER）. 超级计算机的日益普及也吸引了软件巨头微软. 最近，微软件表示，他也将参与HPC领域，我们独立设立了“高性能计算”部门，并计划为HPC开发新版本的“ Windows Server HPC Edition”操作系统. . 第五代超级计算机，第一代，第二代，第三代，第四代结构单片机系统矢量处理系统海量并行处理（MPP）系统共享内存结构第五代集群系统（CLUSTER）典型代表CDC7600， IBM360Cray XMP，Cray YNP，NEC SX2和中国的Galaxy One，第二银行IBM SP2，Intel Paragon和中国的Dawn 2000、3000和其他SUN E10000 / 15000，SGI Origin 2000/3000以及中国的Galaxy 3，神威1和其他外国“雷”. “闪电”，“红色风暴”和国产曙光4000系列，联想1800/6800，浪潮天梭TS10000，超级巨星10000等. 诺伊曼系统超级计算机架构图PM单处理器架构PPPPM共享内存多处理器架构PPPPPPMPPP矢量处理器架构系统区域网络PPPPMMMM分布式内存处理器架构关于集群架构？根据TOP500官方网站的统计，在排名靠前的系统中，有320台使用INTEL处理器，54台使用IBM POWER处理器，48台使用HP PARISC，其中31台使用AMD处理器. 在TOP500中，使用集群系统的系统有296套. 占49.8％. 在排名前10位的系统中，集群系统占7个. 集群系统使用普通的Commercial芯片和互连技术. 关于集群架构？集群体系结构诞生于并行处理（MPP）的早期. 之所以喜欢它，是因为它的经济性和开放性与MPP Everywhere不同，它是平均水平. 使用廉价的普通服务器作为计算节点，小型系统通常与以太网互连，以及免费的公共操作系统LIUNX和并行编程接口MPI. 超级计算机的成本告别了天文数字，应用程序占用空间也可能达到数十万. 但是，由于群集系统中使用大量的IA服务器，随着节点数量的增加，其能耗和散热问题严重，并且可管理性，可用性和可持续计算能力大大降低. 在当前的技术水平上，很难实融和保险21电信16能源7工业7生物信息3229％10240.18 15020.76 491221％2383.98 3671.3 116816 2097.89 3671.3 10127 2250.54 5810.48 12327759.52 1139.4 400321115152..53 1276254..868 35506三. 超级计算机应用程序？当前，对超级计算机的需求主要在生物信息学中迅速增长. 能源（石油，核技术），空气动力学和战略武器研发等传统行业仍然有很强的需求. 1.超级计算机在航天器设计中的应用（1）科学计算: 完成当前风洞试验无法解决的问题. 如果风洞试验的马赫数低于实际飞行次数，则必须用数值??方法加以补充，并且计算机还必须完成数十万次弹道计算. （2）建设: 用于改进设计的定量分析和新飞机的定量分析，大大减少了飞机的设计周期，减少了风洞试验次数. （3）计算机辅助设计: 例如波音757飞机，几乎所有的空气动力学设计都使用计算机. （4）计算机模拟: 利用计算机模拟实际飞行和对抗. 根据权威人士的资料，要使用计算机代替风洞进行数值模拟，您需要具有1000MB的内存容量，即1010?1011次/秒的计算机. 3.超级计算机的应用？ 2.在地震勘探中的应用？ （1）地震勘探: 地球物理勘探是对地下的一种间接测量，目的是弄清地质构造，寻找碳氢化合物. 在地震勘探中高性能计算机发展历程，受控方法用于生成弹性波场（可以近似为声波），该弹性波场被引入地面. 由于地下介质的不均匀性，它被散射到地面探测器阵列并记录在磁带上. 地面探测器阵列一般有48?1024个探测器，每个探测器每1?2毫秒记录一个采样点，每个采样点为16位，记录时间为3?15秒. 因此，每个记录长度可达240,000?7,200万字节. （2）地震数据处理: 这是一个非常复杂的数据转换过程. 一般的地震数据处理系统包括200?300个应用程序，每个应用程序包含数千行，对于FORTRAN源语句的数万行，计算量非常大. 三. 超级计算机应用程序？ （3）向量处理: 在地球物理学中，许多算法可以向量化. （4）并行处理: （5）输入/输出: 用于地震数据的收集，处理和存储. 在以下方面，只有超级计算机才有能力: ●交互式地震处理？ ●3D地震处理？ ●叠前3D迁移？ ●弹性波模型3.超级计算机应用程序？ 3.在油藏数值模拟中的应用？储层数值模拟是基于达西定律和物质守恒原理，将复杂的物理现象抽象为数学问题，然后找到数学问题的解决方案，以便定量研究不同岩石的油气，水运动规律. 以及不同开采方法下不同的油和气流.

？油藏数值模拟的数学问题是偏微分方程系统. 大部分偏微分方程组是通过有限差分法离散化的，然后求解非线性代数方程组，这需要较大的存储容量和较快的运算速度. 电脑. 在储层数值模拟软件中，使用了大量的线性和非线性插值技术. 对程序进行矢量化处理后，可以大大提高处理效率. 3.超级计算机的应用？在油藏数值模拟软件中，另一个问题是求解大型稀疏线性方程，约占整个运行时间的60％至80％. 在程序的这部分被矢量化之后，软件的处理效率也大大提高了. 第三. 超级计算机的应用？ 4.在中国石油勘探中的应用？中国大庆油田每年可生产约5000万吨原油，是世界领先的油气生产商之一. 2002年，大庆在油气勘探领域投资了1.8亿美元. 该公司采用了129个基于Intel Xeon（XEON）处理器的单元，双通道Lenovo系统配备了Paradig的高级软件. 与专有的超级计算机解决方案相比，大庆希望节省70％的成本. 2002年，它在中国黑龙江省被发现. 它拥有300亿立方米的天然气储量. 3.超级计算机的应用？ 5.在天气预报中的应用？当代衡量一个国家气象业务发展水平的方法，主要是从设备上看两个项目: 巨型计算机和气象卫星. 第二次世界大战期间开发了现代天气预报. 它最初是天气图的主观预报. 自1950年代以来，出现了通过计算机进行数字天气预报的情况. 现在，它被认为是最佳的天气预报方法. 早期的计算机只能进行短期（3天）预测. 目前，超级计算机可用于中期（3天至2周）天气预报. （1）中期天气预报的数学模型: 根据大气的初始状态，即对于三维速度u，v，w，大气温度T，水蒸气q和大气密度Φ，求解如下微分方程系统: ？ ？ ？ U + u + v + w-fv =？ ？t？x？y？p？Φ+ Fx？x？ ？u？u？u？u－u－v + w + fu =？ ？t？x？y？p？Φ+ Fy？y？ ？u？u ++ = 0？ ？x？y？p？Φ= －α？p？ dT ART d － = Q？ dt p dt？dq = S？dt 3.超级计算机的应用？由于此微分方程组没有解析解，因此只能使用差分方程来找到数值解. 显然，差异所使用的分辨率决定了方程的精度. 差异的分辨率提高了一倍，计算工作量增加到16倍. 水平和垂直模式的分辨率时间积分预测求解课程组天数的差异平方多步范围范围（万次）300km 110 mbar 30分钟半球5 88 51T43L9200km 62 mbar 18点全局10 23593 26T63L16T106L19 120km 53 mbar 12分钟半球10 116736 132 IV. 下一代超级计算机？下一代超级计算机应该在: 可扩展性，性能密度，性能能耗比，经济效率，总体平衡，连续计算能力等方面产生质的飞跃. ？性能密度是指每单位空间体积可以达到的计算速度.

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