智能科学技术导论 课件 第十讲-人工智能与算力（一）

第八章算力资源初探（一）

主要内容:

算力的基本概念算力的社会价值算力技术的发展

算力环境的搭建我说的是保险杠，你说的是尾巴根…蒜粒？算力？人工智能与梦想人类的梦想…

帮助搬运帮助思考算力的字面意思就是计算能力。更具体来说，算力是通过对信息数据进行处理，实现目标结果输出的计算能力。信息社会，算力无处不在！算力即综合国力！《论可计算数及其在判定问题中的应用》图灵机FLOPS：浮点运算次数/秒，例如1GFLOPS即每秒10亿次浮点运算，1T=1000G，1P=1000T，1E=1000P；理论浮点峰值：计算机理论上能达到的每秒钟能完成的浮点计算最大次数，主要由CPU的主频、数量和类型决定。实测浮点峰值：计算机实际测试中达到的每秒钟能完成的浮点计算最大次数。集群效率：集群效率=实测浮点峰值/理论浮点峰值*100%HPL(高性能LINPACK)：Linpack是国际上最流行的用于测试高性能计算机系统浮点性能的benchmark（基准测试程序）指标，通过对高性能计算机采用高斯消元法求解一元N次稠密线性代数方程组的测试。HPCG(高性能共轭梯度)：HPCG所使用的计算模式与HPL相比,更符合当前实际应用业务的特点，给出的测试结论更有参考价值。一些关键的概念名词：E级计算机

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算力环境的搭建算力的应用已经渗透到了信息社会生活的每个角落。气象军事信息安全宇宙探索生物医疗影视娱乐气象天气之子热气球飞行家

气候环境研究是高性能计算领域的传统应用，世界上第一台电子计算机ENIAC就曾被用来进行天气预报，由于气象相关预报往往关系到农业、工业、军事、交通等众多核心关键业务，同时预报天气所需要的计算能力非常高，因此世界上最先进的高性能计算机通常都被用来运行大规模的数值计算与气候模拟应用。

《银河系漫游指南》一台能计算出一场持续5个星期的沙尘暴中每一颗沙尘运行轨迹的电脑——“Google星际思想者”。清华大学团队蝉联高性能计算应用领域国际最高奖国防工业1970年3月5日，《不扩散核武器条约》正式生效。隐式结构力学扩展性一般，部分求解器多线程并行访存密集，内存容量性能需求高高磁盘IO需求显示结构力学扩展性较好网络通信密集较大磁盘容量需求CFD流体力学扩展性较好网络通信密集磁盘IO要求不高电磁仿真加速比较好海量内存需求部分软件协处理器加速效果明显广泛的应用领域：涉及航空、航天、汽车、船舶、精密仪器、制造业等领域>>>>>>>>>>>>航空领域高性能计算案例:图灵与“炸弹”信息安全多表替代的极致是上个世纪20年代由德国发明家亚瑟·谢尔比乌斯发明的Enigma密码机最为著名。按键灯泡滚轮接线板反射器Enigma机构造一共有约为10000000000000000，即一亿亿种可能性。各种现代破密技术比特币挖矿宇宙探索它的工作原理是这样的：来自太空中被观测目标的光线首先进入主镜，然后反射到副镜上，再由副镜射向主镜的中心孔，穿过中心孔达到主镜的焦面上形成高质量的图像，最后由各种科学仪器进行精密处理，把最终处理数据通过中继卫星系统发回地面。

影视娱乐《阿凡达》有六千个处理器渲染，用了一年的时间。如果没有超级计算机，我们仅用一台普通电脑，需要用一万年，并且这一万年过程当中还不能出错。

《本杰明巴顿奇事》电影中一个多小时的镜头中，由布拉德皮特饰演的本杰明脖子以上的部分完全由计算机生成，一个完全数字的人体头部！影视娱乐新药的找寻和研究从来都是极其艰难和凶险的，中国古有神农氏尝百草寻药，但最后却被断肠草毒杀。高性能计算之生物学研究

20世纪后期，基因组学及后基因组学的迅猛发展，无论从数量上还是质量上都极大地丰富了生物科学的计算资源，数据资源的极大膨胀迫使人们寻求一种强有力的工具来分析这些数据，从海量的生物学数据中寻求生物学规律，这些规律是解释生命之谜的关键。由此产生了一门新兴的学科——生物信息学。

2013年5月14日，安吉丽娜·朱莉在自己写的文章《我的医疗选择》中称自己通过基因检测确定带遗传缺陷基因BRCA1，医生估测她患乳腺癌和卵巢癌的几率颇高，分别为87%和50%，朱莉选择双侧乳腺切除术保留乳房，降低患癌风险。2015年3月24日，安吉丽娜·朱莉宣布，由于担心罹患卵巢癌，她已经切除了卵巢和输卵管。

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算力环境的搭建摩尔定理的建立与突破分布式计算网格的由来网格（Grid）的构想来源于电力供应网，原意是希望能够像得到电力一样得到高性能的计算能力。电网电站电站电站水坝矿山油井80%的计算设备处于空闲，80%的服务器处于空闲。计算二八原则37美国OGSA/OGSI/Globus：目前网格计算的领头羊和事实标准美国军方GIG：局部提供全球共享，大大拓展了C4ISR(美国人开发的一个通讯联络系统)的功能。中国教育科研网格：基于网格核心中间件的网格服务支撑平台38英国e-Science：让应用科学家与计算机科学家互相配合、协同工作迄今为止，SETI即使动用了最强大的天线和最大口径的望远镜，仍然一无所获。这也是费米悖论的由来，既然（推测）外星人满天都是，为什么我们不能看见哪怕其中一个？细思极恐…SETI计划或“凤凰计划”，用射电望远镜接收从宇宙中传来的电磁波，从中分析有规律信号，借此发现外星文明。云计算云计算（cloudcomputing）是分布式计算的一种，指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后，通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。什么是边缘计算在分享边缘计算之前，先聊下这个星球上最魔性的生物之一——章鱼。会开瓶盖的章鱼把章鱼装入瓶中章鱼想办法逃脱章鱼成功打开瓶盖什么是边缘计算-看懂了章鱼就懂了边缘计算其实，章鱼就是用“边缘计算”来解决问题的，作为无脊椎动物中智商最高的一种动物，章鱼拥有巨量的神经元，但有60%分布在章鱼的八条腿上，脑部只有40%

当小锤子敲击膝关节，小腿会不受控制的弹起来。（在这个实验中，我们可以把小锤子敲击看成数据源，中间神经元看成边缘计算，而大脑则为云计算（很显然大脑是没有参与或者之后才参与进来的），这种非条件反射可以加快人的反应速度，避免人受到更大的伤害，未来是万物互联的时代，不可能让云计算成为所有设备的大脑，而边缘计算则让设备拥有自己的大脑。什么是边缘计算

欧洲电信标准化协会给边缘计算的定义是：边缘计算是一种在靠近物或数据源的一端，打造继承网络、计算、存储和应用等核心能力的综合性开放平台，提供近端服务，满足实时业务、应用智能、敏捷连接、数据优化和安全保护等行业数字化需求的计算模式。

简单的来说就是在数据采集端有一个“中央处理器”，将采集的数据进行一个有目的性的处理或者运算，或者在就近的几个数据采集端配备一个“中央处理器”采取就近计算的算则，避免所有的采集端的数据耦合传入云端再处理计算的方式。这样大大的节省了网络带宽与数据处理请求的响应时间，达到局部事情局部解决，不“大动干戈”。2019年10月谷歌宣布研制成功54量子比特的量子计算机，仅仅用了短短200秒，就完成世界最强大的超级计算机花费1万年所需的计算量，这是一个堪称“恐怖”的计算速度！成果已经登上了《自然》杂志150周年版的封面！在量子计算机面前，谷歌那些轰动全球的AlphaGo、猫狗识别、…根本不值一提，只有莱特兄弟的第一次飞行，才能与之相提并论！量子计算

幸运大转盘！新“两弹一星”工程！！在2011年提出“量子霸权”：即：“我们什么时候能够造出一台(量子)计算机，在任意一个计算中打败经典计算机，则将实现俯视群雄的霸权”。——加州理工学院理论物理学家约翰·普雷斯基尔不止这些，还有量子通信…潘建伟：离诺贝尔物理学奖最近的中国人！“算力时代”已经到来。一方面，算力有望替代热力、电力，成为拉动数字经济向前发展的新动能、新引擎；另一方面，算力正在成为影响国家综合实力和国际话语权的关键要素，国与国的核心竞争力正在聚焦于以计算速度、方法、通信能力、存储能力为代表的算力，未来谁掌握先进的算力，谁就掌握了发展的主动权。各国算力比拼微笑源自实力清华大学付昊桓两次捧起国际超算应用领域最高奖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-Ⅰ1983年运算速度每秒1亿次银河-Ⅱ1994年运算速度每秒10亿次银河-Ⅲ1997年运算速度每秒130亿次银河-Ⅳ2000年运算速度每秒1万亿次天河一号2010年运算速度每秒2507万亿次(2010年世界超级计算机排名世界第一)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-2000Ⅰ1998年运算速度每秒200亿次曙光-2000Ⅱ1999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-星云2010年运算速度每秒1271万亿次(世界第三台达到千万亿次的超级计算机)国家并行计算机工程技术中心——“神威”系列神威-Ⅰ1999年运算速度每秒3840亿次神威3000A2007年运算速度每秒18万亿次神威蓝光2010年运算速度每秒1100万亿次(我国第一台全部采用国产CPU的超级计算机)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1000万亿次东数西算"西部新能源行动计划"

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算力的基本概念算力的社会价值算力技术的发展算力环境的搭建智能芯片与算力AI芯片行业概览不得不说的GPU1993年黄仁勋在美国加州成立该公司1995年第一款显卡NV1发布1999年发布首款GPU2000年发布首款笔记本GPU2002年出货第一亿颗GPUNVIDIA重要记事2006年出货第五亿颗GPUNVIDIA

创立于哪一年？NVIDIA

创立于1993年1月美国加州显卡与智能NIVDIA在各行各业的重要地位全球超级计算机中有50台系统采用NVIDIATESLAGPUs全球安卓平板电脑有70%安装NVIDIA处理器全国销售的电脑中有80%内置NVIDIAGPU全球汽车设计开发有90%依靠NVIDIAGPUCUDA应用软件高清回放3D游戏

更多的主流软件需要显卡加速显卡是让这些软件运行更快速的核心动力Source:IDCNVIDIA领先专业图形市场压倒性优势超过

70%IvyBridge平台的市场份额行业领导者的选择Aroundtheworld你们看过少年派吗？我听说不错，下班去看吧！听说画面特别漂亮，场景非常优美。老板，去吗？少年派的热映和成功与英伟达《少年派的奇幻漂流》奥斯卡最佳导演奖；最佳摄影奖；最佳视觉效果奖；最佳原创音乐奖；宏大的视觉优秀的画面细腻的特效精致的细节少年派的这些都是通过NVIDIA做到的实景拍摄+融合特效+NVIDIA专业显卡实景特效融合后建模过程处理后实景拍摄截止201