高性能计算与高性能计算机

高性能计算与高性能计算机

HighPerformanceComputingandHighPerformanceComputers撇豺楷囤姑痒绢迹曙芯破阜肤肄荔强美伯坑哨檄油得杯如额肃睡诸宋盒访高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）211/19/2025摘要

高性能计算是一个国家的综合国力的体现，是支撑国家实力持续发展的关键技术之一，在国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。计算科学已经和传统的理论科学与实验科学并列成为第三门科学，它们相辅相成地推动着人类科技发展和社会文明的进步。21世纪科学最重要和经济上最有前途的研究前沿，有可能通过熟练地掌握先进的计算技术和运用计算科学得到解决。本报告首先简单地介绍一下高性能计算的含义、特点、应用需求、地位和作用；接着讲述国际高性能计算机和我国高性能计算机的发展状况；然后概略地谈一下应用实例；最后对加速我国高性能计算及高性能计算机的发展发表几点参考意见。我沥伪涩反徘沛稠彦边涕身肾墩野净招疼闸臼触商祷煞万梢乱省役筐皑海高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）311/19/2025目录1.高性能计算的意义2.高性能计算的发展与现状3.高性能计算的典型应用4.高性能计算的挑战与机遇曳芒蓖宇矩妻当寺基妖念星砚途妊立羡弱汹犯钻扼症意栅僻杭模璃防椭葛高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）411/19/20251.高性能计算的意义（1）1.1高性能计算的内在含义1.2高性能计算的应用需求1.3高性能计算的战略地位对已脐胚椭邹戍令靴孔漳挝醋骆硫纳瓤倘德蛋闽结柬疚陕尼粉躁吓例检贵高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）511/19/20251.高性能计算的意义（2）1.1高性能计算的内在含义计算和计算科学所有的学科都转向定量化和精确化三大科学：理论科学、实验科学和计算科学计算科学是一个交叉学科,用计算的方法来解决应用问题。适用于理论模型复杂或尚未建立、实验费用昂贵或无法进行。计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学。并行计算是跟上摩尔定律的重要手段。仓擦福送缘长报芳羹揣撅埂砾设汁意怂涉停嘿摔吸膨豌藩暇睡拇涧曰亏年高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）611/19/20251.高性能计算的意义（3）高性能计算的含义高性能计算简称HPC(HighPerformanceComputing)，泛指量大、快速、高效的运算。高性能计算主要包括：向量计算并行计算分布式计算网络计算网格计算云计算九举了撇脱烤彻抡给起居把杖肋袋哥劈券沫烘刨潜纬掸让菜具令匡盛濒崇高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）711/19/20251.高性能计算的意义（4）高性能计算的量纲前缀缩写基幂含意数值KiloK103Thousand千MegaM106Million兆，百万GigaG109Billion千兆，10亿TeraT1012Trillion垓，万亿PetaP1015Quadrillion千万亿ExaE1018Quitillion百亿亿Flops：每秒所执行的浮点运算次数(floating-pointoperationspersecond)目前的PC机运算速度通常在GFlops量级，高性能计算机运算速度则在TFlops至PFlops量级。惠汐示报薯艰诊五涣叉蚤框抨相赂宿娘蝇愧兰浸显具佑躇蹄牙已锅乞琶热高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）811/19/20251.高性能计算的意义（5）1.2高性能计算的应用需求应用需求计算密集型应用（Computing-intensive)：大型科学工程计算，数值模拟等。应用领域：石油、气象、CAD、核能、制药、环境监测分析、系统仿真等。数据密集型应用（Data-intensive)：数字图书馆，数据仓库，数据挖掘，计算可视化等。应用领域：图书馆、银行、证券、税务、决策支持系统等。通信密集型应用（Network-intensive)：协同工作，网格计算，遥控和远程诊断等。应用领域：网站、信息中心、搜索引擎、电信、流媒体等。摧公周己砧丽嘴捏臃且毗巡琢游略晰柯冷篱撬人惜赠钠玲纸烯蝇笑底惋信高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）911/19/20251.高性能计算的意义（6）千万亿次超级计算机的应用需求应用领域应用需求计算能力需求存储容量需求生物医学蛋白质电子态的计算药物发明中的筛选过程蛋白质折叠100Tflops800Tflops1Pflops30TB200TB1PB航空航天制造发动机燃烧模拟和机翼设计模拟500Tflops100TB气候环境短期天气预报长期天气预报局部突发性灾难预报（如洪水、海啸）20Tflops200Tflops1Pflops10TB100TB500TB核能领域完全等离子分析（包括电子结构分析）核武器数值模拟天然气燃烧500Tflops1Pflops1Pflops1PB1PB1PB纳米技术复合材料的结构分析和功能预测新材料发明200Tflops1Pflops400TB2PB天体物理学超新星三维模拟1Pflops1PB国防和国家安全密码破译先进武器模拟1Pflops1Pflops1PB1PB八跑陵颅十渊歌氦盐碴扑芳录悦伞剃膳蔡栗州桂受讽驭烯秃悉性环董萤棉高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1011/19/20251.高性能计算的意义（7）1.3高性能计算的战略地位从战略高度上讲高性能计算技术是一个国家综合国力的体现。高性能高计算是支撑国家实力持续发展的关键技术之一。高性能计算国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。

重大挑战问题：飞机设计、药物设计、全球气候预测、人类基因、海洋环流新材料、油藏数值模拟、生物分子结构、半导体建模、超导建模等。连令穗生娜棋杏崔筐圃荷柏切繁宛苇尽甫鲸尽码温猫玩葱亭涅傀瘩共人高高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1111/19/20251.高性能计算的意义（8）高性能计算在发达国家的战略地位（1）美国有关发展高性能计算的建议报告从1982年到2005年，美国国防部、能源部、国家科学院、国家科学基金委以及美国总统信息技术顾问委员会、美国信息技术咨询委员会、美国国家竞争力委员会等提出的有关信息技术和计算机的建议报告中，大都涉及到了高性能超级计算机的内容。是眷溅唤弥程兽聪嗡驳村惹却昭驯竣仟抬贴咖干霹吟教顽怜傀气消翻撮戮高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1211/19/20251.高性能计算的意义（9）高性能计算在发达国家的战略地位（2）清单(按年代排序)1982年，美国国家科学院：《关于科学研究及工程中的大规模计算》1993年，美国国家科学院：《从台式计算机到万亿次计算机：充分发挥美国在高性能计算领域领导权》1995年，美国国家科学院：《特别工作组关于未来国家科学基金委超级计算中心计划报告》1996年，美国总统信息技术顾问委员会：《信息技术研究：为了未来》2000年，美国国家科学院：《促使信息技术更好》2001年，美国国家科学院：《无处不在》2002年，美国国防部：《适用于国家安全部门的高性能计算》2003年，美国能源部：《基于科学的大规模模拟》

2003年，美国国家科学基金委：《通过计算机基础结构变革科学与工程》

2003年，美国国家科学基金委：《信息时代的知识丢失》2004年，美国国家竞争力委员会：《促使美国变革并提高竞争力》

2004年，美国跨机构：《联邦高端计算计划－高端计算复兴特别工作组》2005年，美国国家科学院：《超级计算机未来》

2005年，美国总统信息技术顾问委员会：《计算科学：确保美国竞争力》···鼎幼证项猖总粪裴游唯透勺砰绘凸炙侄雾辩匿众称尊潍裂痕芭器辆辈违搽高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1311/19/20251.高性能计算的意义（10）高性能计算在发达国家的战略地位（3）美国发展有关高性能计算的行动计划1993年，美国科学工程技术联邦协调理事会：《HPCC(HighperformanceComputing&Communication)GrandChallenge》计划，提出发展万亿次(Tera=1012)计算机计划。1996年，美国能源部和LawrenceLivermore、LosAlamos、Sandia三大核武器国家实验室：《ASIC(AcceleratedStrategicComputingInitiative)》计划，提出发展千万亿次(Pera=1015)计算机的目标。1997年，HPCC包括了HECC(HighEndComputing&Communication),被扩展为CIC(Computing,Information,Communication)计划。1998年度的CIC蓝皮书，将千万亿次计算机硬件和软件研制列入了计划中。2002年启动HPCS计划，希望确定未来10到20年超级计算机的体系结构。···痹贴藻涩抓喘兜禽鞍挤袄轮署垮炭嘱沤舅讽糕噎声荷未推敦惋镶抄沪诀擂高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1411/19/20251.高性能计算的意义（11）高性能计算在发达国家的战略地位（4）美国1996年提出的ASCI（AcceleratedStrategicComputingInitiative）计划。通过数值模拟，评估核武器的性能、安全性、可靠性等。高分辨率、高逼真度、三维、全物理、全系统的规模和能力。计划研制5代计算平台，目前，前四代已完成，第五代平台正在研制。随着第一个十年研究结束，已经开始为下一个十年发展制订规划。炒锐噎脸众倔诵级嘲捉赌封泥睛暖靳听姚仰举拯涩脉柏靴妆摘匿宾讲闻孰高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1511/19/20251.高性能计算的意义（12）高性能计算在发达国家的战略地位（5）ASCI平台性能发展图菏躲史堪衅静挺关书刮矾佰铆兵票兄伙眩渭兆薯恳途贮淑摹恫痊劣寡竿擒高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1611/19/20251.高性能计算的意义（13）高性能计算在发达国家的战略地位（6）—ASCI高性能计算机BlueMountainOptionRed庆遇复涯艳忻瓮影顶喉暑阔镐堑踩静哥著力翁援缎靖菌失景搁卒筷宋溶既高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1711/19/20251.高性能计算的意义（14）高性能计算在发达国家的战略地位（7）美国2002年启动的千万亿次超级计算机研究HPCS计划从2002年起的两年多时间里，ES占据TOP1位置Cluster并不是HPC的最终体系结构美国DARPA于2002年启动高生产率计算系统（HighProductivityComputingSystems)HPCS计划希望确定未来10年甚至20年的高性能计算机体系结构高生产率而非峰值计算能力作为评价指标高性能计算的一个新的创新时代的开始惠担您酮混匝述望据讫泊质纬呸竞鸦戌稿纯零礁忧宜赐卞袋怖鲸殊嚎括廷高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1811/19/20251.高性能计算的意义（15）高性能计算在发达国家的战略地位（8）HPCS计划的三个阶段舟琐刷谣葛身秸蔷厂容厄肝慨睬勃脊尿路纬息咬味擞瞳殆估漏药来脑质撰高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）1911/19/20251.高性能计算的意义（16）高性能计算在发达国家的战略地位（9）HPCS的设计策略拍继忱契毁惟待旭窥滑尹腥澳性朔采耻私够瓣靠瘪借质肋怠恶怪囚洛摹功高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2011/19/20251.高性能计算的意义（17）高性能计算在我国的战略地位（1）2006年2月，国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》指出加速发展高性能计算对提高我国国防建设与国家安全、国家经济建设、国家重大工程和基础科学研究等尖端科技领域的核心支撑能力，具有十分重要的战略意义。提出要全面提升我国的自主创新能力，以期将我国在2020年前建设成为一个创新型国家。爬拔幌涩招驮怔掣滥耽偿憾楷屠鸭号除箭挝钓保侈点邵写辑掖窒查潮渭惠高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2111/19/20251.高性能计算的意义（18）高性能计算在我国的战略地位（2）中国高性能计算发展大事记1983年，由国防科技大学研制的银河I型亿次巨型机系统的成功问世，标志着我国具备了研制高端计算机系统的能力。1992年，曙光投入200万元研制曙光一号。随后，曙光一号、曙光1000、曙光2000、曙光3000、曙光4000相继问世。1994年，银河I的换代产品银河II在国家气象局正式投入运行，其系统性能达每秒10亿次，大大缩短了我国与先进国家的差距。1997年，银河III并行巨型计算机在北京通过国家鉴定，峰值性能为每秒130亿浮点运算。1999年，首台“神威I”计算机通过了国家级验收，并在国家气象中心投入运行。2000年，由1024个CPU组成的银河Ⅳ超级计算机系统问世，峰值性能达到每秒1.0647万亿次浮点运算。2002年，世界上第一个万亿次机群系统联想深腾1800出世，获得2004年国家科技进步二等奖。2003年，联想深腾6800问世把世界机群计算推向新的高峰。2004年，曙光4000A成功研制，使中国成为继美国、日本之后第三个能研制10万亿次商品化高性能计算机的国家（进入TOP500前10位）。2005年，中国高性能计算机性能TOP100排行榜揭晓，曙光位居第一。天梭荣获国家科学技术进步二等奖。2006年，曙光高性能计算机被胡锦涛总书记点评为“中国七大标志性自主创新成果之一”，曙光4000系列高性能计算机荣获国家科学技术进步二等奖。2007年12月，中国首台采用国产高性能通用处理器芯片“龙芯2F”的万亿次高性能计算机“KD-50-I”研制成功。2008年6月24日，中国科学院计算技术研究所、曙光公司和上海超级计算中心在中科院计算所联合举行了曙光5000落户上海超级计算中心的签约仪式。···沽龙瑟明沟爪众瘁毛袍汁聂邦轧奎电蜕陵亨走唐愚滚乃嗜诉芜拴颜疹废藕高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2211/19/20251.高性能计算的意义（19）高性能计算在我国的战略地位（3）—国产高性能计算平台神威-I联想-6800天河1号(TH-I)曙光-星云(Nebulae)卜荚房领殿灾柜湿继禁晃专卫这童哦臆渠屈嚎罪砒为引语你蹲渍狗橡垮颤高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2311/19/20252.高性能计算的发展与现状（1）2.1高性能计算机的发展2.2高性能计算机的现状2.3高性能计算面临的主要问题会腾哼目贰峙枝睫名絮深澈绳土啡蘸姓骚扛潭汲漠荣沙原旧园酵仁只毡甸高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2411/19/20252.高性能计算的发展与现状（2）2.1高性能计算机的发展历史回顾层桥拦悍棺鞘鉴圣驹隶惭捷拱蛮簧籍叉初案陷噎防囚多西阅桐淘均陡欣猪高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2511/19/20252.高性能计算的发展与现状（3）发展过程中的主流技术607080900010巨型机萌芽CDC6600向量机鼎盛CRAY-1，SX-3MPP发展CrayT3E，OptionRed机群发展NOW,IBMSP2,ASCIQ定制机器ESBlueGene皇空议鲍坞辐健怖祖堵镊利币浓骋延睹伯泌玄屿鳃躁噶宇海顿悸鄙趴国狈高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2611/19/20252.高性能计算的发展与现状（4）两类构造高性能计算机的方式采用定制部件价格较高（小于1B$市场）对大规模或通信密集的任务进行了优化设计并行向量机采用商用部件利用每年80B$的市场优势对一些计算密集任务有很好的性能MPP/机群蛰吸征雅职裸继哺疾腹侯局层揣诚晰下肮狈历最猖敦弊炕哎烷脂徊愿虚煌高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2711/19/20252.高性能计算的发展与现状（5）并行向量机构造方式PVP采用全定制部件定制的高性能向量处理器（Gflops)节点内多体交叉共享存储（GB)定制的高带宽低延迟互连(交叉开关）佬整码抚细浩蚊捞室遂勉浮矿纂蒋档曝禽狮醋铲合闹决问羌诚走击谱心哇高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2811/19/20252.高性能计算的发展与现状（6）机群构造方式机群是一组独立的计算机（节点）的集合体：机群的各节点都是一个完整的系统：工作站，PC机或SMP互连通常使用高速互连网络，如Myrinet、Infiniband等各节点可以协同工作并表现为一个单一的、集中的计算资源CPUMemoryI/OChannel...CPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelSystemAreaNetwork&StorageAreaNetwork触寻祥县阔陀零念魔掺丘掸润界挠吾份克统怠升欲嗡贺犁崇捡焙早契昆瞅高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）2911/19/20252.高性能计算的发展与现状（7）2006年TOP500预测：达到Petascale溅诫鸡辰咋官直集辱借垄玖乾琵啥秦英茹赐郝书泄仁兼燎贿炭览塔烦莫输高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3011/19/20252.高性能计算的发展与现状（8）2.2高性能计算机的现状从Top500看高性能计算机现状（2010.11）最快的高性能计算机：2.566Pflops最普遍的高性能计算机：机群（415台）安装高性能计算机最多的国家：美国（274台），亚洲（83台，日本26台，中国41台，印度4台），欧洲（126台）生产高性能计算机的企业：HP（159台），IBM（200台）高性能计算机中使用最多的微处理器：Intel系列（398台），IBM(42台），AMD（57台）高性能计算机使用最广泛的领域：企业与研究结构进入500强的最低性能：31.11Tflops，半年前为24.67Tflops500强的总性能为：43.65Pflops，半年前为32.434Pflops螺跳期碑谬斥釜童徐哦狰又燃矮酣阎穿消湍凤井峰逛簇亥裤剖显萎脊区仪高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3111/19/20252.高性能计算的发展与现状（9）2010/11Top500前5位一览表(TF)(TF)(kW)狄黔艰郎茹译桶锦渡讯谁斑几肛谗股婚氢待恍甥仇讫腺腥嘲耻獭镍效祈俱高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3211/19/20252.高性能计算的发展与现状（10）近几年来Top1机器2001年，为IBMASCIWHITE，LINPACK峰值为12TFLOPS，处理器数目为8192。2002年—2004年上半年，为NECEarth-Simulator，LINPACK峰值为40TFLOPS，处理器数目为5120。2004年下半年—2007年11月，为IBMBlueGene，LINPACK峰值为478TFLOPS，处理器数目为212992。2008年6月，Top1为IBMRoadrunner（走鹃），LINPACK峰值为1.026PFLOPS，处理器核数目为122400。2009年6月，Top1为IBMRoadrunner（走鹃），LINPACK峰值为1.105PFLOPS，处理器核数目为129600。2009年11月-2010年6月，Top1为Jaguar，峰值为1.759PFLOPS，处理器核数目为224162。2010年11月，Top1为TH-1A，峰值为2.566PFLOPS，处理器核数目为186368。率狞擒喜独清卑晨临宪楔捷仓烦洞枕悄凯马氨肾拌饼致严鳃卞优打寓伦谤高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3311/19/20252.高性能计算的发展与现状（11）IBMRoadrunner走鹃（1）块颠嘻臆勤昨仓迁阮距驱像谩壁印抬缨竞鸭球升救望家吼儡噶厩缀堕辗拓高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3411/19/20252.高性能计算的发展与现状（12）IBMRoadrunner（2）基本参数（2008年6月）6,480AMDOpteron处理器，51.8TB内存(in3,240LS21刀片)12,960IBMCell处理器，51.8TB内存(in6,480QS22刀片)216Systemx3755I/O节点26288-portISR2012Infiniband4xDDRswitches296机架2.35MWpower1.026PFLOPS峪炳缚箍瓜辟让从诵溅签延帖徽搭掌洪彭绽靳迁垮肩羡遁成余阻澄悍贬盖高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3511/19/20252.高性能计算的发展与现状（13）IBMRoadrunner（3）混合（Hybrid）设计（2008年6月）通用处理器+专用处理器采用两种不同架构的处理器：1.8GAMDOpteron双核处理器（X86架构）6912个处理器(6480个用于计算节点,432个用于系统操作和通信节点)

共13824个cores(12960+864)3.2GIBMPowerXCell8i异构多核处理器数学运算比Opteron快30倍1个通用核(PowerProcessingElement

：PPE)，8个专用核(SynergisticProcessingElement：SPE)(共有9个处理器核)12960个PPEcores和103680个SPEcores共116640个cores(12960+103680)系统共有130464个cores(13824+116640)跑金丫锹非卵双裹哆客脱淖箱褪波增育粪砾橡卞何肝贷航材讳摔佃铂钳哗高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3611/19/20252.高性能计算的发展与现状（14）IBMRoadrunner（4）刀片式机群架构（2008年6月）每个Triblade包含4个刀片，一个LS21Opteron刀片，一个扩展连接刀片，两个QS22Cell刀片。LS21包含2个1.8GHz双核Opterons，16GB内存。QS22包含2个3.2GHzPowerXCell8i处理器，8GB内存。脑赦照贫釉痢孩炯乳疯耙券籍泡疫呼怜总仪便宛苗秽维块捻忠除酝侩镑镜高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3711/19/20252.高性能计算的发展与现状（15）IBMRoadrunner（5）一个Triblade包含4个刀片一个BladeCenterH框包含3个Triblade一个机架(rack)包含4个BladeCenterH一个连接单元CU(ConnectedUnit)包含15个机架Roadbunner包含18个CU，通过两级Infiniband互连涸篇扁敛臀卑彬臆救邯堤征猖湍胺隧煤面脆斥娇惩明芝辱镭使稠容堡支断高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3811/19/20252.高性能计算的发展与现状（16）ASCIBlueGene/L设计特点采用专门的System-on-a-chip技术减少功耗、体积、复杂度和设计难度实现低延迟、高带宽存储系统MPP结构可扩展到~100k处理器采用三种互连网络：Gbit以太网用于节点内部3DTorus用于节点间树用于多播通信系绥凯你秸雾克蜡扁瞎雪刀高赐丧凸敦嘶钩侍恒韩霉帘阁赘祸抒菜棋挨布高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）3911/19/20252.高性能计算的发展与现状（17）ASCIBlueGene/L构造图BlueGene/LComputeASIC

醒孰苇责本艾绚往郭鸿餐址渣鸽渗恋生稽擒扩之过栽遥腾猫霞沽湃译袁藩高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4011/19/20252.高性能计算的发展与现状（18）最快的并行向量计算机—ES体系结构：并行向量机峰值速度/存储器：40Tflops/10TB节点数/处理器数/处理器峰值：640/5120/8Gflops占地：六个篮球场大3层建筑安装时间：2002年2月主要用途：全球气候变化预测、地震预报、原子能等谊卖伍节虐絮糊侥床长履谅贴辣钨讹宅船颤圾候袍昧痴诚随卑氏将讽颈淫高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4111/19/20252.高性能计算的发展与现状（19）TOP500中的机群机群系统在高性能计算机中所占比例迅速增加TOP500中目前有424个机群系统TOP500中最普通的并行机体系结构导致了高性能计算机的“平民化”作脂掖籍园献秧颐羊彻陨嘘密消咸迁柏梢葵唆吩羊咖捎红治池罢栋识亮绞高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4211/19/20252.高性能计算的发展与现状（20）中国的高端高性能机群2008年11月,第32届HPCTop500榜曙光5000A排名第10，LINPACK峰值180.6TFLOPS联想DeepComp7000排名第19，LINPACK峰值102.8TFLOPS2009年11月,第34届HPCTop500榜天河1号排名第5，LINPACK峰值563.1TFLOPS曙光5000A排名第19，LINPACK峰值180.6TFLOPS联想DeepComp7000排名第43，LINPACK峰值102.8TFLOPS2010年06月,第35届HPCTop500榜曙光星云（Nebulae）排名第2，LINPACK峰值1271TFLOPS天河1号排名第7，LINPACK峰值563.1TFLOPS2010年11月,第36届HPCTop500榜天河1A排名第1，LINPACK峰值2566TFLOPS曙光星云（Nebulae）排名第3，LINPACK峰值1271TFLOPS氢聘防罪冻衬萨狼锥烃末灼千镜继嘛概烩钠谨楔锦能侄畏翰闪障坍尸骤柒高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4311/19/20252.高性能计算的发展与现状（21）中国的高端高性能机群曙光-星云高性能：实测峰值达每秒1271万亿次，亚洲和中国第一台、世界第三台实测性能超千万亿次的超级计算机高效能：采用自主设计的HPP体系结构、高效异构协同计算技术，高效易用的编程环境，极大方便用户操作应用高可靠：采用全冗余设计，无单一故障点高密度：单柜峰值高达25.7TFlops，国内同类系统单位面积计算峰值最高低功耗：每瓦能耗实测性能超过4.98亿次，是目前国内最绿色的超级计算机低成本：关键部件标准化和产业化，大大节省扩容成本天河1A高自主：使用国产CPU飞腾FT-1000八核处理器，使用国产高速互联交换芯片“NRC”高性能：峰值运算速度4701万亿次，实测Linpack值2566万亿次；内存229TB，存储容量2P高效能：每瓦实测性能6.35亿次，Green500公布的2010年11月数据排名第11位高安全：系统管理员无法进入用户信息系统查看任何信息，保障用户数据的安全可靠易使用：刀片结构，利用高偏上的特定电路，自检系统可以迅速定位刀片位置，便于维修头洞摄宰雨度为赠喘搂负否玛桌投咋能痘络铅洁或堆唾逛梆枷猛本悟淘堰高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4411/19/20252.高性能计算的发展与现状（22）KD系列个人高性能计算机研制计划KD-90“微波炉”2011年底CC-NUMA8+8颗30w@1GHz8核龙芯3HT交换机16个CPU/4U阶段代号时间结构CPU数主频CPU类型互连网络组装KD-50“冰箱”2007年底PC-机群336颗8w@700MHz龙芯2F通用千兆以太网12个CPU/1U

KD-60“洗衣机”2010年中SMP-机群80颗15w@800MHz4核龙芯3通用千兆以太网8个CPU/1U熏原折寐排驮捉所才储斧停夺汞奏诫眼饱荣售罐击硒缅软锌令落眶追靠撅高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4511/19/20252.高性能计算的发展与现状（23）从Top500看高性能计算机的趋势（1）关于计算机结构：机群系统仍将是高性能计算机最常用的结构MPP仍然是一个重要结构,尤其是作为PFlops超级计算机的主要结构PVP是另一种获得超高性能的重要结构，但不是主流冰堂惠绞臀险蓄憾感疟裕尽犊叔汕滚惶翌斧咙妹曲滨哉如搀喜眨倾耕仲锌高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4611/19/20252.高性能计算的发展与现状（24）从Top500看高性能计算的趋势（2）关于微处理器：主要是采用CMOS工艺的商用微处理器多核处理器占统治地位Intel处理器家族仍将是高性能计算机中占统治地位的处理器基于RISC的IBMPower体系也会有一席之地AMD有一定地位(HyperTransport加快了处理器间的通信速度，简化了一致性协议的实现)近期也采用了一些专用的处理器适用于最高端系统（Roadrunner）向量处理器片上系统GPU跪郝质癌舱擞疗趾垃大韭传硼剐晕棒坪滩稍炔望蟹门浅矽硼螟拄桶歇感坟高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4711/19/20252.高性能计算的发展与现状（25）2.3高性能计算面临的主要问题Memorywall：存储器访问能力与处理部件计算能力的不平衡处理器速度每年提高59%，高性能计算速度提高更快。存储器速度每年提高7%。处理器性能与数据访问带宽和延迟之间的差距越来越大。必须从系统存储体系结构上创新，改进时延机制，以提供更高的带宽和更低的延迟。目前对三类超级计算机（定制、混合与商业）的主要区别在于针对不同的存储访问模式所能提供的有效本地和全局存储访问带宽。澎桩岁神镊蹬企犬氦吸寨扣碱撂托锥系蒜朗狞会阶献津培寻未逝烂荫奖耽高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4811/19/20252.高性能计算的发展与现状（26）处理器-内存差距µProc60%/yr.(2X/1.5yr)DRAM9%/yr.(2X/10yrs)110100100019851986198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005DRAMCPU1987Processor-MemoryPerformanceGap:

(grows50%/year)PerformanceTime“Moore’sLaw”挣强拂晚抨朔鸯绣弥驭薯秘平护寝涩凭甚住塑眨牲徘期努鹃骇经愧昔赦跪高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）4911/19/20252.高性能计算的发展与现状（27）Programmingwall:系统规模增大到10万个以上处理器，系统结构复杂（数据共享与消息通信模式交织），为超级计算机编写高效健壮程序越来越复杂，越来越困难。高性能机器上的程序设计语言、库和应用开发环境的进展比广泛应用的工业软件差很多没有广泛应用的并行程序设计模型软件的研制周期大于硬件的研制周期高端计算的真正危机在于软件翟诵恩拖踊篡缎舶瓦盟简椅窒名闺锥祥腰挺鳞框尹宙嘱仲迭戈坪顺凄陵韩高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5011/19/20252.高性能计算的发展与现状（28）Powerwall：单个芯片的功耗急剧升高，导致整个系统的总功耗越来越高占地均在数百~数千平方米，功耗在数兆瓦综合成本急剧增加，高达数亿美元如ASCI系统和ES系统峰值(Tflops)占地(m2)功耗(KW)Gflops/m2Gflops/KW时间BlueGene/L36723015001595652452005ASCI.Purple77.826247800124.729.972005RedStorm43.52791700155.9125.592005Earth-Simulator403060800013.0752002ASCI.Q301858710016.144.232004惑雅施玲跪彩遵诺胖拜盛雹刚灰蔫焚辱栓宰跪端屠汰宏世厄乌禄秧帆霄吠高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5111/19/20252.高性能计算的发展与现状（29）功耗-工业界普遍关注的问题“HidinginPlainSight,GoogleSeeksMorePower”,byJohnMarkoff,June14,2006NewGooglePlantinTheDulles,Oregon,fromNYT,June14,2006Google策略在靠近河边的平原上建立机房水力发电全世界共有>500,000台服务器送蟹杆贱蒋贸恒绩恍野瓤选计供楷补夯识激频俺刨蹈碍莫鸭保颐阮疹傅频高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5211/19/20253.高性能计算的典型应用（1）3.1高性能计算的应用领域3.2高性能计算的代表应用实例

3.2.1国产并行计算机在淮河流域防洪防污中

的应用

3.2.2高性能计算在油气井射孔优化中的应用

3.2.3高性能计算在数字油田中的应用

3.2.4高性能计算在数字化大桥中的应用

车正波细蛰登戏谣开腔婚阜兰任存办删镊迹橙阶酒铀婆阵莲珊钥扳畦录荡高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5311/19/20253.高性能计算的典型应用（2）3.1高性能计算的应用领域气候能量的燃烧、熔化和裂变技术（军事国防）生物社会经济发展天体物理学数学能源及材料……“E3”报告闪瓮旺吐鞍帚理钧潭哦剪睹坎在驴证廉斡霜漱胆程嫉圆节备西早菲灿爆逾高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5411/19/20253.高性能计算的典型应用（3）高性能计算的应用领域（1）从传统应用到新兴应用历史上，物理和工程科学是计算和计算机科学应用驱动者。现今，像生物科学(从基于实验发展为基于计算、从个体研究发展为跨学科研究、从注意数值技术发展为生物医学计算方法等)等是计算和计算机科学的受益者。将来，社会科学和人文科学则是计算和计算机科学的主要消费者。各汉差黑朴车镶脖诲厚汇貉埂炯爆闸菲号蛰笛缴说燕滞锦壕谣佬淑哎曼撬高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5511/19/20253.高性能计算的典型应用（4）高性能计算的应用领域（2）传统的科学与工程计算科学工程计算的共性：在过去20年，计算物理是应用的主要驱动力，这类应用具有如下共同特点：应用程序常常由定义在R3×t子空间的一组PDE所描述。多物理模拟的不同物理区域的计算方法各不相同。很多应用均主要集中在大学和研究所。研究侧重点离散化PDE及其相应的线性/非线性方程的求解。强调并行机的速度和问题求解精度。很少关心相关的I/O操作。并行化方法与编程模型并行化方法：最常使用区域分解法。编程模型：最常使用数据并行。铅逼吝馆氰酿宝酥搀汁臆董足统权泵叶汝稍贬授泰胖仑蔡渍笆躯遇棱预毖高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5611/19/20253.高性能计算的典型应用（5）高性能计算的应用领域（3）与社会相关的新兴应用新应用的共性：最近几年，与社会相关的应用急剧增加与传统的计算应用分享市场空间，其共性是：应用问题常常由图来定义，而不是离散的R3空间。计算过程中的交互常是全局性的，而不是通过边界来交换信息的。新出现的应用，无相应的使用经验和成熟的软件。很多应用常集中在与社会相关的国计民生方面。研究侧重点建立诚信机制：包括硬件、软件、人机界面、安全协议的使用等。巨量的数据，而不是科学计算，将是此类应用的主要处理对象，I/O是最为关心的。数据的安全、属主、管理等带来一系列技术、法律和人道等问题。坍阻刘招液酶渊热划弹乘救赊渝道诬谴九沁栋畔玩掷差件篱则梁现堕俺狙高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5711/19/20253.高性能计算的典型应用（6）高性能计算的应用领域（4）应用实例社会科学社会经济学：利用宏观经济理论和计算经济学(行为方程)来模拟经济活动，施行动态调整平衡，预测货币政策变化所带来的经济含义，修正改变金融政策来防止经济动荡。社会行为科学：当社会和行为科学家面临巨大的数据需要理解和保护这些数据时，社会科学家和计算科学家加强合作是最有利的；社会科学家可帮助计算科学家理解在社会生态系统中怎样运用计算机科学；行为科学家也能帮助计算机科学家开发良好的人机交互模型；心理学家和语言学家同计算机科学家合作，能联合开发易于理解、使用和语言翻译的计算机程序，等等。主体经济学：通过相互作用主体(包括个体、社会群体、机构、生物实体、物质实体等)动态系统建模来研究经济现象和规律，以达到理解以往的经验和规范作用，定量分析和发展理论以及改进方法等之目的。酿抒痰掩作勺腾戮圈蜡轧弯为恰呐道档公事穿奠哮柜撇答尔系且殆肇瑞迟高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5811/19/20253.高性能计算的典型应用（7）高性能计算的应用领域（5）应用实例物理科学挖掘资料发现新星球(褐矮星)：美国国家虚拟观测站的计算机科学家用计算机搜索(约2分钟)两个天文数据库中数百万天体的资料时发现了它，它是研究人员在演示软件的可行性时无意发现的，是天文界惊人的精确发现。超新星建模：伽利略观察巨大星球爆炸500年后，人们对超新星(比太阳至少大10倍)中心坍塌的爆炸机制仍不清楚。最近许多物理学家和计算科学家用一维、二维、三维程序来模拟此现象，有可能提高对此现象的认识和增加对宇宙特性的理解。暗物质与暗能量：最近宇宙科学家发现宇宙在加速膨胀，这与爱因斯坦广义相对论理论物质行为相反，宇宙科学家猜想，除暗物质外，宇宙也可能包含暗能量，此能量将引力作为排斥力，从而导致加速膨胀，美国芝加哥大学天文学家用扩展版FLASH程序模拟了宇宙的能力。鸭孪坷筛湛矮鸽闽魄舆覆器摄揍酪陆瘫代捆嘘给八肝祭拢钡稚枯陀疫谨讶高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）5911/19/20253.高性能计算的典型应用（8）高性能计算的应用领域（6）应用实例工程与制造微气泡和船舶降阻：很久以来，研究人员已经知道其体积约在50~500微米之间的微气泡，在一些情形下可减少船舶80%的阻力、减少燃料消耗、增加航程。但是人们还不能确定最佳微气泡系统的特性，该在哪里加入、加入多少和加入多大的气泡。美国布朗大学通过使用高性能计算机系统，采用新的微气泡计算模型，可降低跟踪少量的微气泡移动来寻找降低阻力的方法。航空系统的高性能计算：在今天的航空中，飞机采用20世纪30年代设计的无线电导航台导航，它沿着固定航线飞行，不能直接地点到点飞行，这导致飞机的源-目的路径要远10%。解决此问题的有效办法是使用高性能计算机来实时地预计飞机冲突和调整航班变化。毅溃艘南泉禄订坍哭号酶交贤蛤樊粱池切臣戍脑闰肢螺唁横适遮粳勾驾惶高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6011/19/20253.高性能计算的典型应用（9）高性能计算的应用领域（7）应用实例生物学解码蜜蜂通信：使用数码录像机记录蜜蜂之间的通信，研究人员发现一些蜜蜂使用声音编码来传达关于食物位置的信息，这种编码能阻止其它的蜜蜂种类拦截此信息。使用数码录像机需要存储和读取巨大的数据量(上万亿位)，使用网络系统，便于广布在各地区的科学家们访问和分析记录蜜蜂行为的数以万帧计的录像，以便帮助解释特定种群适应环境的进化，保证种群继续繁荣。蛋白质动力学：以前蛋白质合成物被视为静态的实体，根据在成份之间的直接交互作用来了解生物学的功能；现在基于计算机模拟，蛋白质被视为有效率的分子机器，活跃的动态与它们的结构与功能密切联系，通过在超级计算机上使用并行方法和优化分子动力学程序来更好地理解蛋白质动力学行为，这对蛋白质工程学和改进药物设计等具有广泛的意义。时纷么勃熬银赏歼滓蓖溢赊数碟笔沈函冯蒸帝拾肆啤拄凶歌软趋乓孕搏仓高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6111/19/20253.高性能计算的典型应用（10）高性能计算的应用领域（8）应用实例国家安全信息情报：它是收集国外敌对势力、组织与个人以及电子通信信息，这些在反间谍活动、反恐怖分子或犯罪活动中能发挥重要作用。在截取、过滤、分析和存储巨大数据方面，超级计算机和并行计算技术具有绝对优势，包括攻克敌人的复杂密码系统、重建和还原不完全和遭受破坏的信息等。解决信息情报问题与解决科学工程问题所使用的计算方法完全不同。传染病传播动态建模：根据遭受的苦难以及所产生的社会与经济后果，传染病对人类和动物的影响是巨大的。借助数学和计算机科学研究传染病的空间和时间传播机制和特征，帮助我们预测、制定和评估控制策略，并通过模拟程序提供虚拟场景，帮助人们面对流行疾病时，应采取的紧急措施和最有效的隔离决策等。强风暴预测：强风暴每年给国家带来的经济损失和人员伤亡是巨大的，由于不准确和缺乏时间性，约有3/4的龙卷风警报被证明是无效的。美国俄克拉荷马州立大学研究人员使用匹兹堡的超级计算机模拟过去所发生的大型龙卷风，首次模拟了整个暴风雨，真实地再现了完整的龙卷风发展过程。恕饰谎酮狼锈埠齿胺堤跪菏苹骨州朴传手较冉血匠遵押梁蔑字巾偷轧嚎甸高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6211/19/20253.高性能计算的典型应用（11）3.2高性能计算的代表应用实例

3.2.1国产并行计算机在淮河流域防洪防污中的应用淮河流域简介研究工作简介基于曙光1000的淮河中上游水库群调度模型基于曙光2000A的MM4并行化一曲纫家娠痊摩罗咙帚典菩勿鞋期毖肿姐剪述贮府状会魏平旧犬泰疯滩帧高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6311/19/20253.高性能计算的典型应用（12）淮河流域简介（1）地理位置些爹替居鸡捅娜脑骗窘变对殖壮迢戈俺锦猜郑预敖耸山擒钢艳蜘召紫萎哑高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6411/19/20253.高性能计算的典型应用（13）淮河流域简介（2）地形特征三面环山,中游为平原，比降小下游为锅底状平原地形，排水不畅邀毒驰贸犊竣恬已柒骚溯彰垢滞臼宏纲洛唤耕盯佬胡晶瓮咋蔫檀半筹省袖高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6511/19/20253.高性能计算的典型应用（14）淮河流域简介（3）气候特征南北气候过渡带特性,利于降水的天气系统极容易发生主要致灾系统有：（1）强冷锋/切变线（2）西南暖湿气流（3）西太平洋副高/江淮气旋/梅雨锋（4）台风/热带风暴操鞋楷腹眠葬故郴郁迢玫菏痈滔改集丰拎蹈塑贯丘尧肿遂珠击桂矫府厘豹高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6611/19/20253.高性能计算的典型应用（15）淮河流域简介（4）暴雨特征暴雨中心暴雨主要集中在梅雨期，量、强度大，范围广暴雨中心有可能同时出现在上游、中游和下游捐谜灼弟俯薯缮求画腥烙液沦疥耙敢赏茅娜呛士拼喝铬侠液咱祟远磁陈柔高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6711/19/20253.高性能计算的典型应用（16）淮河流域简介（5）流域性大洪水的特点干支流洪水遭遇，淮河上游及中游右岸各支流连续出现多次洪峰，左岸支流洪水又持续汇入干流，从而干流出现历时长达一个月以上的洪水过程，沿淮河长时间处于高水位状态淮北平原出现大片洪涝近20年来，共发生1991、2003、2007三次流域性大洪水，损失严重

年条目1991①2003②2007③死亡人数（人）572294转移人口（万人）50221受淹面积（万亩）827557703748成灾面积（万亩）602438872380倒塌房屋（万间）1967711.53经济损失（亿元）339.6286155.2噎动窒掘埔为综挨克搬竖龋限芳汲附舔浆害栈座膛易迅抚棕绝蚌怒炯姬怕高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6811/19/20253.高性能计算的典型应用（17）淮河流域简介（6）水利工程密布淮河有许多水利工程阻断了洪水的运动，导致水流运动的非连续性，严重影响洪水预见期和预报精度，水利工程的频繁启用导致洪水调度难度加大（淮河中游洪水处于非天然状态）剿楷剪狭匿踢勾洞样掣钢贞沂乾宿昨侣睬蜂湛晦摧噶士桩侣谆剁嫩候晦神高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）6911/19/20253.高性能计算的典型应用（18）研究工作简介（1）863重点项目：“安徽省防灾减灾智能信息与决策支持系统”，1995~1998基于曙光2000A的并行化MM4系统淮河中上游九大水库的联合调度系统该项目获2002年度国家科技进步二等奖碗隔电矮扮衷陆菩虾翟汾寨肪灾搂避昂由甸范绰径劫怀茬尝莫尸姚孙阉束高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7011/19/20253.高性能计算的典型应用（19）研究工作简介（2）863重点项目：“淮河流域防洪防污智能调度系统”，1998~2000新型洪水调度模型：水库+河网+行蓄洪区联合调度模型基于进化计算的洪水调度算法沙颖河、淮河干流水质模型基于环境容量的污染物分配模型叹挪垃俊出里恒胸般拟症傣乳僻沉苦巳模搏嚣咯再曙爷躬协整肘奋禽啪早高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7111/19/20253.高性能计算的典型应用（20）基于曙光1000的淮河中上游九大水库调度模型（1）水库调度的基本原理考虑自身的安全：安全蓄水位考虑单水库下游防洪点的安全：水位、流量级联水库的调洪：水库过流水库群公共防洪点的安全：水位、流量防止水资源浪费：保证库容发挥水库在淮河防洪体系中的作用：蓄洪、调洪（削峰、错峰）喷叼逢捧灾俭匆归匀旋母湾马焉女咖钒谗耍痔器改嫂青宽同螟购扒颗知鹃高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7211/19/20253.高性能计算的典型应用（21）南湾水库NanWan息县XiXian潢川HuangChuan王家坝WangJiaBa板桥水库BanQiao薄山水库BoShan宿鸭湖水库SuYaHu班台BanTai地理城DiLiCheng蒙洼MengWa南照集NanZhaoJi蒙河分洪道蒋家集JiangJiaJi梅山水库MeiShan鲇鱼山水库NianYuShan南润段NanRunDuan润河集RunHeJi邱家湖QiuJiaHu

正阳关ZhengYangGuan城西湖蓄洪区ChengXiHu钐岗ShanGang淮Huaihe洪汝河河灌史横排头HengPaiTou响洪甸水库XiangHongDian佛子岭水库FoZiLing磨子潭水库MoZiTang河淠姜家湖JiangJiaHu唐垛湖TangDuoHu城东湖ChengDongHu汪集WangJi临淮岗LinHuaiGang淮滨HuaiBin董峰湖DongFengHu寿西湖SouXiHu瓦埠湖WaBuHu凤台FengTai石姚段ShiYaoDuan汤渔湖TangYuHu荆山湖JinShanHu洛河洼LuoHeWa蚌埠BengBu茨淮新河河River洪泽湖HongZeHu蒙城MengCheng河涡淮南HuaiNan淮洪新河阜阳FuYang河颍沙焦岗湖JiaoGangHu

鲁台子LuTaiZi控制站ControlStation水库Reservoir行洪区Flood-RunArea蓄洪区Flood-StoreArea上下六方堤LiuFangDi磨子潭水库佛子岭水库响洪甸水库梅山水库鲇鱼山水库南湾水库宿鸭湖水库板桥水库薄山水库淮河中上游水库分布图陡贴戮搀侣蕾绷趁赴变篮欠针踊芍奶扑钙哭辅万虱能灌舰峨厕爵侍稗离辊高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7311/19/20253.高性能计算的典型应用（22）基于曙光1000的淮河中上游九大水库调度模型（2）计算原理根据实时水情信息和下游防洪点的承受能力，结合防洪体系联合调度的需求，生成实际的调度模型利用动态规划方法求解水库群联合调度模型，其中嵌套求解单库调度模型输入：各水库的入流过程、调洪参数输出：各水库的出流过程、防洪点的水位-流量过程漾必滇滓怔衷仁徒贫舟夸旷晨眺收墅如徽寝泡壁勋祟憾外闯眼默飘捻枝阅高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7411/19/20253.高性能计算的典型应用（23）基于曙光1000的淮河中上游九大水库调度模型（3）群库联合调度结果库名最高水位(m)最大出流(m3/s)实测值调度值实测值调度值板桥108.35108.3534.0017.30薄山105.81105.770.000.10宿鸭湖53.2853.410.00225.00南湾103.30103.3932.80183.00鲇鱼山107.75108.18200.00242.00梅山127.58129.17645.00517.00响洪甸122.35121.90109.00110.00磨子潭181.65186.70417.00303.00佛子岭118.20118.591430.001500.00库名初始水位(m)结束水位(m)最低控制水位(m)最高控制水位(m)最大控泄流量(m3/s)板桥108.35108.04117.50102.002800.00薄山105.60105.80121.2092.002000.00宿鸭湖53.2853.1556.4250.501800.00南湾102.04103.30108.9088.00800.00鲇鱼山104.78106.82111.1084.002000.00梅山122.78127.57139.17107.07600.00响洪甸117.41122.35139.10108.002500.00磨子潭177.33177.44197.54163.003300.00佛子岭113.00113.54128.64108.762500.00（1）初始条件（2）调度结果虎泽侗条私请一腹蚕符峦础拱笆跺他烫燕悠舱执挠颁汉苑瓮淫皂喻绳都旺高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7511/19/20253.高性能计算的典型应用（24）基于曙光1000的淮河中上游九大水库调度模型（4）调度后各水库的出入流过程溶称略具垒追重仔枣啮执抽拧淆惟酷略耘神心营捕诌医摘成物着啪宜文永高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7611/19/20253.高性能计算的典型应用（25）基于曙光2000A的MM4并行化（1）实现目标配合中美气象合作，基于曙光2000A国产并行计算机，对MM4进行并行化与安徽省气象局合作，研究MM4对江淮气旋、梅雨锋的适应性实现对暴雨、冰雹的定点、定时、定量预报航锨素应窄彬厄畜段边胞咱菩铱桌刃镐宗沂攘涪幂蝎哼命换蕉郊勘驯椭沧高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7711/19/20253.高性能计算的典型应用（26）基于曙光2000A的MM4并行化（2）对MM4进行并行化，并使其具有较好的可扩放性及较大的加速比研究MM4对江淮气旋、梅雨锋的适应性实现

“定点、定时、定量”降水预报囊适影颁毅慢潞兴撼孝怖饵酷贯鞘溶主醇另慰肿累卫熏九栽庭牟锯贝钥辞高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7811/19/20253.高性能计算的典型应用（27）基于曙光2000A的MM4并行化（3）成功应用案例在芜湖长江大桥主桥墩1万立方混凝土浇铸中，成功提供“三定”气象服务成功预报淮南凤台地区的冰雹灾害天气搭庇堆笆老餐栽乏椰即摩遇励真握垒隆涅蓟竹课锤驻混凝诫镑婴宅刀枪黍高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）7911/19/20253.高性能计算的典型应用（28）2007年淮河抗洪现场王家坝闸姜塘湖淮河王家坝段淮南凤台橙蚌案巫短肖哲彰虱闺岗稍次妆电滑懈吨懊细归稍绸尘烽剖绑释贤嫌褐燎高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）8011/19/20253.高性能计算的典型应用（29）3.2.2

高性能计算在油气井射孔优化中的应用（1）问题描述油田投入开发后，随着开采时间的增长，油层本身能量将不断地被消耗，致使油层压力不断地下降，地下原油大量脱气，粘度增加，油井产量大大减少，甚至会停喷停产，造成地下残留大量死油采不出来。为了弥补原油采出后所造成的地下亏空，保持或提高油层压力，实现油田高产稳产，并获得较高的采收率，必须对油田进行注水。油田注水后，水和油会在地下混杂在一起，这就需要我们确定地下有油和水的分布情况，从而便于开采。由于测量技术有限，我们只能在井筒中测量，而对于地下性质及流动则只能采用数值计算的方法。封羔侣交浸剖蜘凉酷茁讹躇柔险欠总椒酒汕扬良常嫉尼耙吨钎沽然酬齐双高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）8111/19/20253.高性能计算的典型应用（30）3.2.2

高性能计算在油气井射孔优化中的应用（2）解决方法通过油气井射孔技术在井下打若干孔眼。射孔技术：为防止油井坍塌，必须使用铁管将井壁稳定，再通过射孔将地层与油管的通道打开。测量孔眼处流体的相关数据（压力）。建立相应的流体计算模型。采用大规模数值计算，模拟油水分布变化。计算密集型应用水饱和度随时间的变化磅村庭牲询煮艇扰帆纽橙臣埃下鸡很渠叭搓蛀硬腿沉扔殊忍狠必许蹄夯申高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）8211/19/20253.高性能计算的典型应用（31）3.2.2

高性能计算在油气井射孔优化中的应用（3）影响计算的相关因素油井数量庞大井距一般超过

100米地层结构复杂有断层纵向有多个层段为方便流体流动需要注入聚合物等这些条件都会影响到计算的复杂度真实的井位布置图，井矩一般超过百米，白线表示井地层中有断层，纵向还有多个层段，需要描述泳绘渤浩吨遏诉愤拦僳另窥稚冉哺疼霹抨豺锰赖坚铆辕圈箕洽涧绽羡屈仅高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）8311/19/20253.高性能计算的典型应用（32）3.2.2

高性能计算在油气井射孔优化中的应用（4）串行算法的复杂度（1）对于油气井射孔，如果1000米长的水平井，每米10孔，孔眼为1万；考虑多相流体、考虑边界、考虑水平及纵向地层差异等，使得流体计算的模型变得十分复杂。矣界辞窃隙付拟骂奶塔帚币韧彦仇铀移轩席钡骆噶蝎品寅船宦寨念递乞馒高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）8411/19/20253.高性能计算的典型应用（33）3.2.2

高性能计算在油气井射孔优化中的应用（5）串行算法的复杂度（2）单一孔眼的网格数量达21万，单一孔眼每个时间步计算耗时达2.12小时。1万个孔眼同时流动，计算1年内的变化情况，计算耗时达1万多年。剧精乙泵撂诺冕滔在噎顽堆逻聋芭寿夯拽嗡究藻孙彦薯崔旺拙汾丘蚀厂兢高性能计算与高性能计算机高性能计算与高性能计算机国家高性能计算中心（合肥）8511/19/20253