超级计算机PPT课件

超级计算机,1,-,2,-,让我来告诉你什么是超级计算机！,3,-,大家来看看超级计算机吧！,4,-,超级计算机超级计算机指能够执行一般个人电脑无法处理的大资料量与高速运算的电脑，其基本组成组件与个人电脑的概念无太大差异，但规格与性能则强大许多，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。现有的超级计算机运算速度大都可以达到每秒一兆（万亿，非百万）次以上。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。是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。,5,-,中国超级计算机发展史在过去，超级电脑主要被用于军事、科学、航天等高端领域。在今天，超级电脑已大踏步进入民用时代，和人们生活密不可分。随着中国第一超级电脑“魔方”跻身世界前10强，中国逐渐成为超级电脑强国，超级电脑将更加频繁地奏响平民“进行曲”，走进家庭，推动公共服务设施建设，甚至帮助人们治愈目前无法治愈的疾病中国超级计算机谱系表国防科技大学计算机研究所“银河”系列银河-1983年运算速度秒1亿次银河-1994年运算速度每秒10亿次银河-1997年运算速度每秒130亿次银河-2000年运算速度每秒1万亿次银河-在研运算速度每秒？亿次（军用）中科院计算技术研究所“曙光”系列曙光一号1992年运算速度每秒6.4亿次曙光-10001995年运算速度每秒25亿次曙光-1000A1996年运算速度每秒40亿次曙光-20001998年运算速度每秒200亿次曙光-20001999年运算速度每秒1117亿次曙光-30002000年运算速度每秒4032亿次曙光-4000L2003年运算速度每秒4.2万亿次曙光-4000A2004年运算速度每秒11万亿次曙光-5000A2008年运算速度每秒230万亿次曙光-6000A在研运算速度每秒1000万亿次国家并行计算机工程技术中心“神威”系列神威-1999年运算速度每秒3840亿次神威3000A2007年运算速度每秒18万亿次神威-在研运算速度每秒300万亿次（军用）联想集团“深腾”系列深腾18002002年运算速度每秒1万亿次深腾68002003年运算速度每秒5.3万亿次深腾70002008年运算速度每秒106.5万亿次深腾X在研运算速度每秒1000万亿次,6,-,目前，世界上最快的超级计算机EarthSimulator的实际计算度是35Tflops，即35万亿次。对高性能计算机研究的下一个挑战是1Petaflops，即千万亿次计算。预计Petaflops计算机将由100001000000个处理器、10TB1PB主存、1PB100PB在线存储、100PB以上离线存储构成。第一个系统实现将在2010年前完成。在长沙举办的中国高性能计算学术年会上，国防科技大学研制的千万亿次超级计算机“天河一号”成为焦点，这是我国国内计算能力最高的超级计算机，而且标志着我国超级计算机的研发能力成功实现了千万亿次计算的跨越。超级计算机不仅体现了一个国家战略性高技术的发展水平，也是与科技创新、国计民生密切相关的重要基础设施。超级计算机的各种应用，实际上会以不同的方式影响到我们每个人，这些似乎遥不可及的超级计算机实际上离我们“非常近”。,超级计算机的现状,7,-,由中国国防科学技术大学研制“天河二号”超级计算机，是国家863计划“十二五”高效能计算机重大项目的阶段性成果。“天河二号”在体系结构、微异构计算阵列、高速互连网络、加速存储架构、并行编程模型与框架、系统容错设计与故障管理、综合化能耗控制技术以及高密度高精度结构工艺等方面，突破了一系列核心关键技术。“天河二号”运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年，其存储总容量相当于存储每册10万字的图书600亿册。与此前研制的“天河一号”相比，二者占地面积相当。“天河二号”计算性能和计算密度均提升了10倍以上，能效比提升了2倍，执行相同计算任务的耗电量只有“天河一号”的1/3，最大运行功耗17.8兆瓦。,全球最快的超级计算机天河二号,8,-,天河二号,9,-,“天河二号”超级计算机系统由170个机柜组成，包括125个计算机柜、8个服务机柜、13个通信机柜和24个存储机柜。与此前研制的天河一号相比，二者占地面积相当，占地面积约720平方米。“天河二号”内存总容量1400万亿字节，存储总容量12400万亿字节。激活时间2013年运算速率54.9PFLOPS（理论峰值）33.86PFLOPS（实际峰值）承建商中国国防科技大学、浪潮集团、863计划作业管理者中国国家超级计算中心架构英特尔XeonE5-2692，英特尔XeonPhi协处理器/运算加速卡，麒麟操作系统最大消耗功率17.6MW（整机附带散热系统时为24MW）占地面积720平方造价一亿美元内部存储器1,375TiB（1,000TiB为系统存储器，375TiB为协处理器独占）置放地点中华人民共和国广东省广州外部存储器12.4PB用途科学研究,天河二号的概况,10,-,运算速度,“天河二号”双精度浮点运算峰值速度达到每秒5.49亿亿次，Linpack（国际上流行的用于测试高性能计算机浮点计算性能的软件）测试性能已达到每秒3.39亿亿次。与2010年11月获得TOP500第一的“天河一号”相比，“天河二号”峰值计算速度和持续计算速度均提升10倍以上，计算密度（单位面积上的计算能力）提升了10倍以上，系统能效比（单位能耗的计算速度）是“天河一号”的3倍。相比此前排名世界第一的美国“泰坦”超级计算机，“天河二号”计算速度是其2倍。,11,-,优点强项,高性能、低能耗、应用广，体系结构、操作系统实现中国创造“一是高性能，峰值速度和持续速度都创造了新的世界纪录。二是低能耗，能效比为每瓦特19亿次，达到了世界先进水平。三是应用广，主打科学工程计算，兼顾了云计算。四是易使用，创新发展了异构融合体系结构，提高了软件兼容性和易编程性。五是性价比高。”,12,-,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。超级计算机常用于需要大量运算的工作，譬如天气预测、气候研究、运算化学、分子模型、物理模拟、密码分析等等。,13,-,14,-,天气预报,中短期天气预报主要是根据气象卫星等观测的大气实况资料，通过求解描述天气演变过程的动力学方程组实现的，这种大规模的数值计算必须由超级计算机完成。例如，在2008年北京奥运会举办时，北京市气象局所购置的IBMSystemp575超级计算机的计算能力是原有系统的10倍，基于IBMSystemp575更高的计算性能，新的天气预报系统可覆盖4.4万平方公里的区域，且能为每平方公里按小时提供天气和空气质量预报等。,15,-,地球模拟器,日本海洋研究开发机构的“地球模拟器”是一套用于地球大气循环监测和分析、温室效应预测、地壳及地震监测和预报等大规模计算的向量处理超级计算机系统。,16,-,药品研制,日本的“地球模拟器”超级计算机开发一种新的药品，通常需要从研制和试验的很多步骤，一般需要大约15年的时间，而利用超级计算机则可以对药物研制、治疗效果和不良反应等进行模拟试验，从而将新药的研发周期缩短35年且可显著降低研发成本。例如，美国基因工程技术公司的研究团队曾将超级计算机应用于一种致活酶类药物的研发，在14个月之内从50多万个化学分子中筛选出两个候选药物进行最终合成和临床试验，整个过程中真正在实验室里合成的分子只有2000个，其余均用超级计算机模拟完成，仅此就节省了上百倍的时间和成本。,17,-,石油勘探,石油勘探大多采用地震勘测的办法，即在地面进行爆破后，用探测仪器检测和采集震动反射波的大量数据，利用对这些数据计算、处理和分析结果确定地下储油位置。石油勘探中大量数值的快速计算、处理和分析，必需由高性能的超级计算机完成。例如，2007年曙光4000L超级计算机就曾在发现储量高达10亿吨的渤海湾冀东南堡油田的过程中发挥了关键作用，而其后的曙光5000A超级计算机的应用，则进一步达到了地下数千米的勘探深度。,18,-,核爆炸模拟,全面禁止核试验条约的签订之后，相关的一些国家开始转向利用大规模数值计算的方法进行核武器的模拟试验，以评测核武器的各项性能，这种应用对计算性能有着很高的要求。例如，美国劳伦斯利夫摩尔国家实验室就曾使用计算速度为360Tflops的IBM“蓝色基因”(BlueGene/L)超级计算机进行过极为逼真的核弹爆炸三维模拟。此外，法国原子能委员会最近也订购了一台由布尔公司生产的、计算速度为1000Tflops的Tera-100超级计算机，将接替目前的Tera-10超级计算机用于模拟核武器爆炸过程。,19,-,对于超级计算机未来是不可估量的从而产生了许多的预想和争论让我们先来看看吧，了解一下！,20,-,超级计算机的未来：CPU还是GPU,CPU即中央处理器（中央处理器）。中央处理器是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心和控制核心。主要包括运算器（ALU）和控制器（CU）两大部件。此外，还包括若干个寄存器和高速缓冲存储器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线。它与内部存储器和输入/输出设备合称为电子计算机三大核心部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据，CPU从存储器或高速缓冲存储器中取出指令，放入指令寄存器，并对指令译码，并执行指令。在微型计算机中又称微处理器，计算机的所有操作都受CPU控制，CPU的性能指标直接决定了微机系统的性能指标。CPU具有以下4个方面的基本功能：数据通信，资源共享，分布式处理，提供系统可靠性。运作原理可基本分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）,21,-,GPU是显卡的“心脏”，也就相当于CPU在电脑中的作用，它决定了该显卡的档次和大部分性能，同时也是gpu2D显示卡和3D显示卡的区别依据。图形处理芯片。NVIDIA公司在1999年发布GeForce256图形处理芯片时首先提出GPU的概念。GPU能够从硬件上支持T&L（TransformandLighting，多边形转换与光源处理）的显示芯片，因为T&L是3D渲染中的一个重要部分，其作用是计算多边形的3D位置和处理动态光线效果，也可以称为“几何处理”。一个好的T&L单元，可以提供细致的3D物体和高级的光线特效；只不过大多数PC中，T&L的大部分运算是交由CPU处理的(这就也就是所谓的软件T&L)，由于CPU的任务繁多，除了T&L之外，还要做内存管理、输入响应等非3D图形处理工作，因此在实际运算的时候性能会大打折扣，常常出现显卡等待CPU数据的情况，其运算速度远跟不上今天复杂三维游戏的要求。即使CPU的工作频率超过1GHz或更高，对它的帮助也不大，由于这是PC本身设计造成的问题，与CPU的速度无太大关系。,22,-,不论是CPU还是GPU超级计算计的前景都是美好的让我们来展望一下未来吧！,23,-,关于我国百亿亿级计算发展的思考,百亿亿级计算截至2012年11月的Top500排名，世界上最快的超级计算机是安装在美国橡树岭国家实验室的泰坦(Titan)。线性系统软件包(linearsystempackage,Linpack)测试速17.59petaflop/s。Petaflop/s，即每秒1015次或千万亿次浮点运算。“百亿亿次”(exaflop/s)为每秒1018次浮点运算。“百亿亿级计算”目前仍缺乏确切的定关键词：百亿亿级计算科学与工程计算义，泛指在一台百亿亿次超级计算机上的“全系统规模级”的计算或应用。本文题目使用“百亿亿级计算”，意在讨论百亿亿次超级计算机的设计的同时，重点强调百亿亿次系统上的计算或应用的重要性。百亿亿次系统的设计方案随着时间的推移仍在断调整变化中。2010年，美国能源部(DOE)第一次提出百亿亿次系统的设计方案，并预计2018年建造完成；2012年又对原来的设计方案,24,-,25,-,展望超级计算机的未来,26,-,未来的超级计算机,未来的计算机技术将向超高速、超小型、平行处理、智能化的方向发展。尽管受到物理极限的约束，采用硅芯片的计算机的核心部件CPU的性能还会持续增长。作为Moore定律驱动下成功企业的典范Inter预计2001年推出1亿个晶体管的微处理器，并预计在2010年推出集成10亿个晶体管的微处理器，其性能为10万MIPS（1000亿条指令秒）。而每秒100万亿次的超级计算机将出现在本世纪初出现。超高速计算机将采用平行处理技术，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，这是改进计算机结构、提高计算机运行速度的关键技术。同时计算机将具备更多的智能成