浅谈高性能计算摘要：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。
Abstract: High performance computing is a reflection of a country's comprehensive national strength, is one of the key technologies to support sustainable development of the strength of a country, in the national defense security, high-tech development and national economic construction has important strategic position. Computational science is science and experimental science and the traditional theory and became the third science, they complement each other to promote the human development of science and technology and social progress of civilization. 21st century science and the most important and most promising economic research front, likely by skillfully master advanced computing techniques and the use of computational science is resolved. This report firstly simply introduce the meaning and characteristics of high performance computing, application requirements, status and role; Then tell the international high performance computer and the development of high performance computer in our country; And then briefly discuss the applications; Finally, accelerate the development of high performance computing and some reference ideas on the development of high performance computer.关键词：高性能计算、软件科技前沿Keywords: high performance computing, software technology frontier1.高性能计算的意义1.1 高性能计算的含义高性能计算是计算机科学的一个分支，研究并行算法和开发相关软件，致力于开发高性能计算机。
随着信息化社会的飞速发展，高性能计算已成为继理论科学和实验科学之后科学研究的第三大支柱。
在一些新兴的学科，如新材料技术和生物技术领域，高性能计算机已成为科学研究的必备工具。
同时，高性能计算也越来越多地渗透到石油工业等一些传统产业，以提高生产效率、降低生产成本。
金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算的需求也迅猛增长。
1.2 高性能计算的应用需求2006年开始，超级计算中心结合中科院“1+10”创新基地和重点学科的部署，重点对过程工程、空间科学、计算化学、药物设计、材料科学、地球科学、环境科学、生物信息、流体力学、高能物理等11个应用领域的相关用户再次进行“十一五”期间的高性能计算需求调查。
调查内容包括用户对计算能力(CPU、内存、网络)、存储能力(对磁盘空间的需求)及应用软件需求等几个部分。
在这次调查中，我院有22个科研单位的42个课题组对高性能计算提出了需求，这些课题的来源主要包括国家自然科学基金、大科学工程、“973”、“863”、中科院、上海科委、国家气象局、北京市科委等。
不同的用户分别用计算所需CPU数与每年所需总机时来表述所需要计算能力，为便于统计，我们对每个用户的计算需求统一换算为每年所需总机时数，并进一步转换为计算性能(Gflops)来表示。
据目前数据统计，以上所有学科领域总计算机时需求为129百万CPU小时，以深腾6800为参照，所对应的计算能力约为78Tflops，约用15006多个处理器。
同时对应用软件以及可视化也有相当多的需求，这里不再赘述。
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。
美国有关发展高性能计算的建议报告指出，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。
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。
2.高性能计算的发展与现状2.1 高性能计算机的历史20世纪70年代出现的向量计算机可看作是第一代HPC，通过在计算机中加入向量流水部件，大大提高了科学计算中向量运算的速度。
其中较著名的有CDC 系列、CRAY系列、NEC的SX系列和中国的银河一号及中科院计算所的757计算机。
80年代初期，随着VLSI技术和微处理器技术的发展，向量机一统天下的格局逐渐被打破，“性/价比”而非单一性能成为衡量HPC系统的重要指标。
90年代初期，大规模并行处理(MPP)系统已开始成为HPC发展的主流，MPP系统由多个微处理器通过高速互联网络构成，每个处理器之间通过消息传递的方式进行通讯和协调。
代表性系统有TMC的CM-5、Intel Paragon、中科院计算所的曙光1000等。
较MPP早几年问世的对称多处理(SMP)系统由数目相对较少的微处理器共享物理内存和I/O总线形成，早期的SMP和MPP相比扩展能力有限，不具有很强的计算能力，但单机系统兼容性好，所以90年代中后期的一种趋势是将SMP的优点和MPP的扩展能力结合，发展成后来的CC-NUMA结构，即分布式共享内存。
其代表为Sequent NUMA-Q、SGI-Cray Origin、国内的神威与银河系列等。
在发展CC-NUMA同时，机群系统(Cluster)也迅速发展起来。
机群系统是由多个微处理器构成的计算机节点通过高速网络互连而成，节点一般是可以单独运行的商品化计算机。
机群系统比MPP具有更高的性价比，其代表是IBM SP2，国内有曙光3000、4000，联想深腾1800、6800等。
2.2 高性能计算机的现状每年6月和11月发布的TOP500一直是全球HPC领域的风向标，排行榜的变化折射出全球HPC在技术和应用方面的研究现状和发展趋势。
第28届全球TOP500 HPC排行榜于2006年11月14日在美国召开的SC06大会上正式对外发布，最新排行榜反映出如下一些新的变化。
(1)总体性能趋势。
TOP500组织称，最新全部500套系统的总体计算性能将达到3.53千万亿次每秒(Pflops)，而半年前只有2.79Pflops，一年前是2.30Pflops。
能够进入TOP500 HPC系统的Linpack性能已从半年前的 2.026万亿次每秒(Tflops)上升到2.737Tflops。
而进入前100位的系统Linpack性能则从半年前的4.713Tflops上升到6.619Tflops。
(2)美国霸主地位牢不可破， TOP10美国占7套。
美国仍然是HPC的最大用户，在研发和应用领域都遥遥领先。
此次TOP500排行榜中，一共有309套安装在美国，美国在HPC领域的综合发展水平依然是全球第一，其全球霸主地位仍然牢不可破。
欧洲有所复苏，共有92套系统，超过亚洲的79套，重回第二位。
在欧洲，英国是最大用户，拥有30套系统，其次是德国，拥有18套。
亚洲最大的用户是日本，拥有30套，而中国则从半年前的28套减少到18套。
(3)厂商：IBM和HP是最大赢家。
当前TOP500中各个性能档次的大多数系统都来自IBM和HP。
IBM仍然是TOP500的领导者，所占份额为47.2%。
HP为第二大厂商，占31.6%，但HP此次未能进入TOP10。
份额超过3%的其它制造商为：SGI(4.0%)、DELL(3.6%)、CRAY(3.0%)，这三大厂商都有系统入选TOP10。
(4)体系结构：Cluster大行其道，MPP不容忽视。
工业标准化的机群系统Cluster 仍占据TOP500 HPC排行榜的垄断地位，361套系统，占72.2%。
绝大部分的机群系统来自IBM和HP，主要面向工业和商业的低端应用领域。
采用星群(Constellations)结构的系统为31套，比半年前的38套有所减少。
而108套面向高端市场的MPP结构系统比半年前的98套有所回升。
(5)处理器：AMD大获增长，Inetl仍是最大赢家。
目前，TOP500共有263套系统采用英特尔处理器，占52.6%，比一年前的333套(66.6%)有较大幅度下降。
形成鲜明对比的是，AMD的皓龙系列处理器从一年前的56套(占11.20%)增加到现在的113套(占22.6%)，并首次超过IBM的Power，成为现在TOP500中应用最多的第二大处理器。