超级计算机在中国及世界的应用

1、超级计算机在世界及中国的发展一. 超级计算机介绍超级计算机是一个相对的术语，指的是其在处理能力和计算速度上领先于当 时其他所有的计算机。按照美国传统词典的解释，超级计算机是在一定时期内可 以得到的一种最大的、运行速度最快的、功能最强的计算机。超级计算机通常是 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。自20世纪70年代，世界上第一台超级计算机诞生 以来，目前的超级计算机每秒进行上千亿次加法运算已经是很普通的事情。超级 计算机之所以成为世界主要国家竞争的高技术热点，是因为从战略角度看，信息 技术已经成为21世纪最重要的高技术之一，而作为信息

2、技术前沿的超级计算机, 作为一种战略资源，是一个国家综合国力的体现，对国家经济和社会发展具有战 略影响。二. 超级计算机发展历史第一台止式被称为超级计算机的机器 ibm naval ordnance research calculator 1954年到1963年在哥伦比亚大学被用于计算导弹弹道。这台机器诞 生于微处理器问世z前，它的逻辑和算术部分占据了一间房间整整一面墙，它们 由安装在电路中的真空管、电阻、电容和晶体整流器构成，具有1微秒的吋钟速 度，每秒能够执行大约15万次计算。在整个70年代和80年代初期，超级计算机一直使用向量计算技术。这种技 术对提高计算机运算速度十分有利，有利于流水线

3、的充分利用，有利于多功能部 件的充分利用。但由于时钟周期已接近物理极限，向量计算机的进一步发展已经 不太可能。所以，要继续提高性能也就意味着必须投入多个cpu来同吋为一个 程序工作。在这样的背景下，一个全新的概念被提出来了，那就是大规模并行处 理(mpp),也是从这个时候，英特尔、ibm和sgi开始成为超级计算机领域的新 贵。超级计算机也开始走上了真正的商用化道路。1992年，英特尔推出paragon超级计算机，它成为历史上第一台突破万亿次 浮点计算屏障的超级计算机。紧接着,ibm的sp2、日立公司的sr2201和sgi 公司的0rigin2000超级计算机都先后出现。值得一提的是0rigin

4、2000系列后来 成为sgi公司制作电影cg的主力，很多大场而的电影都有它的功劳。1996年12月，sgi公司 研制出一台具有256个处理器的超级计算机安装 在美国国家实验室。这个系统的处理器还将增加为4096个，运算速度达到了 30000亿次。进入2000年之后，超级计算机的竞争日渐激烈，2000年6月美国国际商用 机器公司（i em）宣布已经研制成功目前世界上速度最快的超级计算机，每秒 运算速度达12.3万亿次，随后日本宣布从2001年起开发运算速度高达每秒130 万亿次的超级计算机。印度也宣布在2000年后研制万亿次计算机。随着新技术 的迅速发展，超级计算机的运算速度记录也在不断地刷新，

5、根据2006国际超级 电脑会议公布的结果，fi前最快的超级计算机是美国利弗莫尔国家实验室的ibm blue gene/l,内含65,636颗处理器，提供280.6 tflop/s运算能力（约280万亿 次/秒）。三. 超级计算机发展现状目前，世界超级计算机基本上为欧美发达国家所控制。在当今世界已投入商 业运行的前500台超级计算机中，美国和加拿大占据了 60%,欧洲占26.8%, 日本占了 11.2%,其他国家仅占2%。根据第28届top500排名的数据，总计500大名单中，ibm制作的系统乎 占有半数，总占有率达47.8%,成为超级电脑最主要供应品牌之首，而前五名中 ibm亦占上四位。而hp

6、公司则稳守第二位，总占有率达31.2%。处理器方而， top500虽然仍是intel的天下，却已从年前的66%跌至52.2%。反z,配有amd 的opteron处理器系统数量不断上升，由年前的55部至现时113台，升幅超过 一倍，并首次多于ibm的93台。近年双核心处理器亦成为超级电脑的大势所趋, 现时top500当中就有75台使用amd opteron双核心，而intel的woodcrest双 核心亦占去31台，合供106台，预期陆续会有更多使用双核心的超级电脑出现。在厂商z间，ibm、英特尔、nec和sgi的竞争一向激烈，近來又冒出了 苹果。这家公司的g5苹果超级计算机已经后来居上，超过英

7、特尔居于超级计算 机排行榜的第三位。在中国，联想和曙光同样开发了国产超级计算机，在全球500强超级计算机中能够看到中国人的身影。超级计算机的日渐火爆甚至吸引了软件巨头微软。微软表示，他们将针对“超 级计算机”而专门开发操作系统，微软已经成立了独立的“高性能计算”部门。 2006年10月24日微软(中国)有限公司宣布在中国正式发布windows® compute cluster server 2003。windows® compute cluster server 2003 是专门设计用来运行 并行化高性能计算(hpc)的全新软件产品，该产品的发布标志着微软正式进军日 益重要

8、的高性能计算领域，并在高端企业级市场上再次掀起关注热潮。四. 超级计算机在中国的发展状况1956年，我国制定了科学技术发展十二年规划，在此之后不久，中国科 学院计算所建立了，吸取了苏联已有的技术和经验，我国计算所实行了“先集中 攻坚，后分散展开”的原则，研制出了中国第一台小型机一一103机和第一台大 型机104机。在这之后，又研制成功了 107、119、111、717、757等计算机, 其中，被誉为“功勋机”的109丙机，为我国的“两弹一星”事业做出了不可磨 灭的贡献。1992年，我国第一台每秒25亿次的高性能计算机一一曙光1000研 制成功。在这台计算机诞生的第三天，国外宣布10亿次计算机对

9、我国解禁。2004 年，曙光4000a推出，运算速度达到每秒10万亿次，当时排到了世界高超级计 算机top500的前10位。除了中科院计算所，国防科技大学在研究超级计算机方面也取得了重大进 展，1983年，国防科技大学慈云桂教授等专家在极其简陋的条件下，为中国研 制出第一台每秒1亿次巨型计算机机系统“银河”。之后，1992年11月，在周 兴铭教授领导下，我国成功研制出“银河ii” 10亿次巨型机，实现了从向量巨 型机到处理并行巨型机的跨越。1997年，研制成功“银河iii”百亿次巨型机， 实现了从多处理并行巨型机到大规模并行处理巨型机的跨越。“神威”系列也是我国高性能计算机中的主力军之一。19

10、99年9月，由国家 并行计算机工程技术研究中心牵头研制成功的“神威”计算机系统投入运行，次 年，“神威i”面向社会开放使用。“神威i”浮点运算的峰值速度为每秒3840亿 次，在当时世界上已投入商业运行的高性能计算机中排名第48位。我国大陆排名最高的超级计算机系统是第82位的曙光4000a,安置在上海超 级计算机中心。曙光4000a由曙光集团在2004年完成，采用了 amd opteron 2.2ghz处理器和泰安主板，峰值浮点运算性能8.06tfiops,在2004年6月的排 名曾高达第10位,而现在排名第10的平均性能就有54.20tflpos,第100的性 能也有6.65tflops 了。

11、可见我们的超级计算机技术与发达国家相比还有很大的距 离。五. 超级计算机发展趋势1. 处理器多核化服务器处理器的多核化在2005年由amd公司双核0pteronintel公司双核 xeon paxville、sun公司8核ultrasparc t1拉开序幕后，在2006年，操作系统 及应用软件对多核处理器的进一步支持及优化、65纳米芯片制造工艺的成熟、 amd powernow!及intel eist为代表的低功耗技术的发展，芯片级虚拟化技术 的成熟等诸多因素，使得服务器处理器多核化趋势进一步彰显。多核技术将成为 2006年计算机技术的重要技术支点。2. 刀片式服务器进入技术及应用成熟期刀片式

12、服务器技术走向市场开始于1999年。2001年开始发展刀片的swich 和存储虚拟化。2004年注重刀片式服务器整体性能提升。2005年注重刀片式服 务器专用化。2006年，刀片式服务器产品在多核、低功耗技术的推动下，将从 最初追求高密度的第一代刀片，发展到强调整体综合性能、高生产力的第二代刀 片产品。未*两到三年，刀片式服务器将以更高密度、敏捷式部署和维护、全方 位监控管理、高可扩展性、高可用性为发展重点，刀片式服务器成为与机架式服 务器并驾齐驱的成熟的主流产品。3. 标准化与普及化泛高性能计算时代的标志是高性能计算机在各行各业的广泛使用，应用的门 槛很低，包括低价格、易管理、易用，以及丰富

13、的应用。工业标准化机群是走向 泛高性能计算时代的必由之路。2006年，机群的远程异地操作控制、一体化监 控、负载均衡、智能机柜、异构支持、机群简易管理、机群快速部署、机群高速 i/o、机群安全、行业应用等技术的发展和标准化，将促使工业标准化机群进一 步被行业应用广泛接受。4. 体系结构突破性创新成果初步显现高性能和高效能计算机的体系结构正处于突破性创新的前夜，ibm percs 计划、sun hero计划、cray cascade计划、我国的百万/千万亿次超级计算机计 划，无不预示着计算机体系结构创新的深度和广度将有更进一步的发展。存储海 (sea of memory)内存内嵌处理器(pim)

14、> interval arithmetic> 界步 smp、智能内 存、贴近通信、超并行结(hyper parallel processing)>异构多核等技术涌现。5. 网格成超级计算机发展趋势超级计算机的运算速度已经达到每秒钟280.6万亿次浮点运算速度，同时日 木宣布预计在2010年研制出每秒钟1000万亿次浮点运算的超级计算机。整个计 算机界最大的问题就是半导体技术，因为热量已经达到极限点，成为很难解决的 技术瓶颈。事实上，网格技术是超级计算机最可行的发展方向，这一结论得到大 多数科技工作者的认町。所谓网格，就是将网上分布式的计算资源整合在一起而 构成的一种大型虚拟计算系统。网格计算的魅力在于使用从局域网到互联网上闲 置的计算能力，并将这些能力集中起来完成大计算量的任务，同时还可以提高网 上资源的利用率。我国也在部署网格，以提高科研的预测能力。据了解，我国目 前已经有五个实验网格在运行。参考文献：top 10 sites for november 2006top500 list http:/www.top500.org/lists/2006/l 1超级计算机介绍甘肃省超级计算中心 http:/www.gspcc.eom/gxn/