中科院软件所.ppt

1、1.从中国100强看mainland China高性能计算的应用发展，孙家昌，张云泉，中国科学院软件研究所，2004年6月，2。2、TOP 500(1993-2003)3的性能发展趋势。国际500强(1-10)，2003年4台，2003年中国高性能计算机100强名单，孙家昌，袁国兴，张林波，张云泉(2003年11月8日)。这是中国软件工业协会数学软件分会公布的2003年中国高性能计算机100强名单。版权属于中国软件工业协会数学软件分会()。欢迎各方提供准确信息。引文需要注明出处；出于商业目的，必须获得中国软件工业协会数学软件分会的批准。联系人张云泉博士(或)。网格计算了解mainland Ch

2、ina高性能计算机资源的分布情况，是高性能计算机开发、生产、市场开发和应用交流的重要参考，促进了国内高性能计算机与国际标准接轨的应用和产业化。自1993年以来，每年都根据Linpack的测试性能公布世界上安装的500台高性能计算机。这一排名已得到国际认可，成为高性能计算机开发、生产、市场开发和应用交流的重要参考。由于历史原因，mainland China的高性能计算机还没有向世界公布Linpack性能测试的结果，所以在2002年之前还没有被列入国际500强名单。2002年8月8日，中国软件工业协会数学软件分会发布了中国第一份高性能计算机名单，实现了零突破。2002年，联想1800万亿次的机队在

3、中国50强中排名第一，在世界500强中排名第43位，结束了没有国产高性能机器进入世界500强的历史。2003年，联想的6800万亿次机队在世界前100强中排名第一，在2003年的世界前500强中排名第14位，达到了国内高性能机器的历史新高。前100名发展迅速，从2002年的50名发展到仅仅一年的100名！高性能计算研究领域的学者和专家已经接受并引用了超出预期的前100名排名，这已成为分析mainland China高性能计算发展的重要参考数据。8.2003年中国高性能计算机100强排名，注1:该排名中的Linpack数据仅包括中国大陆。2003年，香港特别行政区名单也已公布。目前，正在讨论合作

4、的方式。/SuperDir/有以下来源：标有“U”的Linpack数据基于商业公司的公开数据、部长级评估会议、用户填写的问卷或中国软件产业协会数学软件分会参与测试的数据；协会只负责检查用户填写数据的合理性，数据的真实性由填写问卷的用户负责；根据人力物力情况，协会将适当增加协会测试数据的比例；源标为“s”的Linpack数据来源于国际顶尖500()公布的同类型高性能计算机系统的大型机器的Linpack值的等比例，源标为“t”的Linpack数据来源于国际顶尖500 ()公布的数据

5、。源标有“c”的Linpack数据是机器制造商提供的数据；2003年中国100强(1-10)，10强，100强性能分析(1)，目前高性能计算的总性能为19.72万亿次，前50名为16.61万亿次(2002年为4.6万亿次)，增长3.61倍；第一名的Linpack性能为4.148次，国际排名前14位(2002年为1.046次，2002年国际排名前32位)，增长了3.97倍；两台机器的Linpack性能达到1亿次以上(一台在2002年)。在前100名中，10个系统的峰值达到1次以上(2002年只有一次)；二十六个(2002年为七个)系统是集群；在前100名中，前10名的最低性能大于0.38个浮点(

6、2002年为2002个浮点)，前100名的11个性能分析(2)，前50名的最低性能大于113.8个浮点(2002年为13.17个浮点)，前100名的性能大于38.68个浮点，平均Linpack效率为57.9%(2002年为59.3%)。目前，排名前100的机器的平均linpack性能为196.8千兆位(2002年为92.07千兆位)，是排名前100的工业领域分析(1)的2.13倍，排名前100的工业领域分析(2)的13倍。从100强的具体行业领域来看，目前高性能计算主要分布在科学计算、金融保险、电信、税务、能源、工业、生物信息学、交通运输、大气气象、邮政服务等领域。就机器数量而言，科学计算(2

7、9%)、金融和保险(21%)以及电信(16%)位居前三；就机器的Linpack性能而言，科学计算(49%)、金融保险(11.4%)和能源(10.77%)位列前三。研究表明，科学计算、金融保险、电信和能源是高性能计算的主要用户，这与世界500强的分析结果基本一致。14，大陆高性能计算机的年度性能发展趋势(1993-2004)，15，规律与预测，大陆高性能计算机从1993年到1996年稳步发展(3年)，没有出现数量级的变化；从1996年(曙光1000)到1999年(神威一号)，实现了第一次跨越式发展(3年)；从1999年到2001年，进入稳定发展期(2年)；然后，从2001年(黎明3000)，它进

8、入了另一个快速发展时期。从目前的趋势来看，这一发展周期应保持到2004年或2005年(曙光4000A)(3年或4年)；然后重新进入稳定发展时期。从趋势预测可以看出，2004年至2005年将出现10个浮点的大陆机(曙光4000A已经建成，峰值为11.3个浮点运算和8个浮点运算)，2006年至2008年将出现100个浮点运算的机器。16，香港高性能计算机排名，2003年12月17日，18，大规模并行应用软件编写中的一些困难(1)，实际性能较差。实际可用性能远低于峰值性能。Linpack可以使用大约60%的峰值。一般应用可以使用峰值的15-20%。复杂的应用可以使用峰值的5-10%。设计和调试并行程

9、序是不方便的。开发一个难以序列化的程序的自动并行效果太不令人满意，无法有效移植。系统工具软件和应用软件平台的支持不够。国内形势更加严峻。平行机器很难制造，使用起来更困难.19.测试程序LINPACK，Linpack:自20世纪70年代中期以来，基于Fortran语言的求解线性代数方程的子程序已在国际上得到发展。1979年，Linpack线性代数方程正式出版并广泛应用于各个领域，它自然成为测试各种类型机器性能的测试程序。测试大规模并行计算系统的计算量为2/3 N3 2 N2，高性能林包。HPL Linpack通常用于TOP500超级计算机上的并行超级计算机。用户可以选择矩阵的大小(问题大小)。为

10、了获得最佳系统性能，目标是使用与内存匹配的最大问题大小。，20，1000亿台国产并行机的应用，计算机克隆人类基因研究青蒿素抗疟疾作用；20万分子颗粒流体系统筛选的伪颗粒模型；精细油藏模拟集数值天气预报的中尺度数值预报模型：我国首次6公里分辨率特种气象保障预报系统的数值风洞计算：21，大规模并行应用软件编译中的一些难点(2)，大规模科技应用软件可分为：计算密集型内存阵列密集型输入输出密集型计算密集型软件更容易从共享系统移植到分布式系统；最后两种类型的输入输出密集型程序可以通过建立特殊的并行文件系统来解决。大规模分布式并行技术应用软件的难点在于阵列划分、22、大规模数值模拟主框架、数学和物理建模、

11、网格生成、求解器、输入、可视化、离散模型、数据划分和内存分配通信和同步通信协议简化技术并行I/O问题并行可视化显示墙或电源墙可扩展性、24、待解决的关键技术问题(2)、求解方程的速度、更先进的预处理技术和迭代算法程序的优化、适用于并行机的优化技术、 通信的负载平衡和减少，大规模串行程序的并行化手段，串行程序的某些代码的更新，计算机辅助并行化工具和环境，大规模并行程序的调试，新的用户友好的并行调试和分析工具和软件的缺乏，25，第三科学计算手段，计算填补了理论分析和实验之间的空白。 计算使人们能够深入研究大量的探索问题，这些问题从科学理论分析的角度来看过于复杂和困难，但从科学实验的角度来看又过于昂

12、贵、过于危险甚至不可能。计算已经成为理论和实验相互补充的第三种手段，成为人们认识世界的第三只眼睛。26.高性能计算和计算科学。高性能计算机是计算科学的物质基础。高性能计算是计算科学的推动力。计算科学是对高性能计算科学规律的理解。27.什么是计算科学？28.计算科学面临三大挑战：计算机性能挑战、编程挑战和计算结果的可预测性。29.计算机性能挑战，功能变强摩尔定律。目前，许多部门加速软件代码的通常做法是等待三年，然后以相同的价格购买一台比当前计算机快四倍的计算机。计算机变得更加复杂了。简单的计算机结构已经嵌入到具有复杂设计和连接的大规模并行结构中。数据存储通信速度与快速的中央处理器处理速度不匹配。

13、如何为特殊学科设计和制造高性能计算机，30，摩尔定律和“更多”现象，摩尔定律中央处理器的峰值每18个月翻一番。计算机的性能越来越高。“越来越多”的现象使得编程越来越困难。越复杂越复杂，效率越来越低。效率更低的平行机不容易制造，但很难使用。31.编程挑战，现代并行计算机变得越来越复杂。数千个处理器之间的数据通信依赖于网络连接。数据处理能力Terabytes挑战：内存带宽和处理器速度之间没有一致性。内存管理。缓存利用率。处理器内部通信和消息传输的冲突。可靠性和容错性。32.并行编程的三种方式。用数据并行串行语言直接添加并行语句很容易学习。易于调试的HPF、C*、MPL、pc、OpenMP、并行库P

14、VM、MPI、P4、魅惑、琳达、高级语言、隐形并行函数语言和逻辑语言要求程序员学习新的编程平台。33、两次V3360验证和确认，验证3360正确性检查数学方法推导正确；方程解的正确性保证了复杂软件的正确性。验证：解释了计算模型的正确性：模型变得越来越复杂，但它不能包含所有的复杂因素，只能以近似的方式使用物理数据的正确性。34.并行编程的三种方式。通过在数据并行串行语言中直接添加并行语句，很容易学习和调试。OpenMP、并行库PVM、MPI、P4、魅惑、琳达、高级语言隐形并行函数语言和逻辑语言要求程序员学习一个新的编程平台。35，两次V:验证和确认，验证3360正确性检查数学方法推导正确；方程解的正确性保证了复杂软件的正确性。验证：解释了计算模型的正确性：模型越来越复杂，但它不能包含所有的复杂因素，只有一个近似模型中使用的物理数据的正确性。36.哥伦比亚号航天飞机坠毁的教训，计算结果的错误参考计算科学还没有在传统的方式，如理论，实验和工程设计的可预测的可靠性。任何计算模型都只是客观事物和现实事物的近似。37.从经验和历史中吸取教训很重要。年，哥伦比亚号航天飞机坠毁，戴高乐机场E-2屋顶坍塌，38。经验教训很重要，成熟方法的设计成熟的4个阶段亨利石油橇设计范例悬架桥失败(和成功)的案例研究对于达到可靠性和可信度至关重要，1，2，3，4，每次碰撞后进行的案例研究。塔科马海峡大桥