高性能计算机的关键技术和发展趋势

而对于元胞自动机来讲，脱离计算机环境来进行运算几乎是不可能的，但是借助计算机进行计算，则非常自然而合理，甚至它还是下一代并行计算机的原型。 z* i 而对于元胞自动机来讲，脱离计算机环境来进行运算几乎是不可能的，但是借助计算机进行计算，则非常自然而合理，甚至它还是下一代并行计算机的原型。match按向量进行运算，返回第一次匹配的元素的位置（如果有），非字符向量也可用。

在短短 10 多年中 EC公司的 VA Convex 公司的 3800系列 EC公司的 SX 系列 系列等。向量机得以发展的原因是向量处理 对提高机器运算速度十分有利 举世瞩目的30 在过去的30 多年中 高性能计算机经历了三个发展阶段 即萌芽阶段、向量机鼎盛阶段和大规 模并行处理机 211萌芽阶段 (1964 —1975 修回日期2001 032001 开始走向大发展。各种新技术层出不穷 虫孔寻径技术、微内核操作系统 、并行编译等 TC2000 Intel公司的 Parago TMC公司的 CM KSR公司的 KSR Cray公司的 T3D SR2201 GI公司的 Origin 2000 HP/Co nvex 公司的 SP Intel公司的 Red。其中 12月宣布的 第一次将运算速度提高到太次每秒以上 。截止 2000 世界上已有 18 台太次每秒机 10台均为 已成为高性能计算机的主流产品 占领了高性能计算机 90 %的市场 。然而 事物的发展总有一定的限度 80年代末 219ns 时钟周期进一步提高难度很大。Cray 样机完成后难以形成产品 。SS 公司研制的SS 蓬勃发展阶段(1990 90年始 TOP500 TOP500) highperfo manceco mp uters 500Nov1 2000) 处理机 数量 峰值速度 型号公司 国家 年度 ASCI White IBM 美国 美国美国 2000 19212 288 938ASCI Red Intel 1999 144ASCI Blue Pacific IBM 1999 868ASCI Blue Mo untain GI1998 608SP/ Power IBM2000 417的机器 一台为IBM 公司研制的 Blue Pacific 发展形势高性能计算的需求是永无止境的 GI公司研制的 Blue Mo untain 12Tflo/ Compaq 30Tflo/ 预计2004 100Tflo/ IBM公司 BlueGene 用机将研制成功。

为了解决 10100 Tflo/ Path2 fo rward 计划 并行程序调试和性能监测环境 美国国防 旨在以高性能计算为手段将最新的科学技术尽快用于提高武器性能 、提高战 斗能力和防卫系统的水帄 。计划分 10 个领域 计算化学和材料科学、大气/ 、石油勘探、模拟 、航空航天设计 类基因研究、生物科学研究等均需要更高性能的计 算机 。美国能源部 (DO 计划是一个很好的例证 美国为了保持它的核威慑能力和核垄断地位而提出的一项 “先进战略计算创新”计划 。通过 保现有库存的性能、安全和可靠性 并希望使库存 计划共投资10 亿美元 100Tflo/ 的高性能计算机。第一台是上面已提及 118Tflo/ 升级至312 Tflo/ 。1999年还完成了 年内30～100 Tf lo/ 的高性能计算机Table 30～100Tflo/ highperfo manceco mp uters henext 安装地点美国 ANL美国 LL NL 美国 SNL 美国 ANL处理机数量 峰值速度 30完成年限 2001～2003 2002～2003 2004 年以后 2003 年以后 ASCI T30)Co mpaq 12 000 IBM 10 240 30 5112 SC20480 T100)Co mpaq 20 480 Co mpaq/ GI/Sun/ IBM 10 240 100 从系统结构的分类来看 a1定制高性能向量 CPU 构造 PV 日立SR 8000 20名中占有 其定制CPU 采用伪向量 机制实现向量功能 性能为12 Gflo/ CPU性能的 10 。

linux设计总是想分配给n个进程每个进程同样多的处理器运行时间，当n趋于无穷大的时候，按理说是可以分配给无限小的时间周期，但是这么做会很糟糕，我们也无法分配无限小的时间周期，虽然越小的时间周期可以带来更好的交互性，但还是带来不可接受的切换消耗，所以引入了一个目标延迟，来模拟无限小调度周期的近似值，现在假设目标延迟就是20ms，用它除以所有当前可以运行的进程数目就可以得到每个进程获得的时间片长度，当进程数无限大时候，每个进程分配的时间就趋于无限小，很好，进程切换又爆炸了，那么如果把最小值设为为1ms呢，进程数目再多我也保证每个进程在被强占之前获得1ms的运行时间高性能计算机发展历程，那么这个1ms就被称为最小粒度。物联网的巨量连接数是中国移动推进5g商用的重要推动力，相比起4g，5g可以提供更快的速度和更大的容量，在物联网兴起的情况下迅速推进5g商用是必然的趋势。真正有趣的部分是延迟测试中内存山（memory mountain）模型依然有效，我们可以用延迟周期的概念来比较，2ghz频率下l1缓存需要5个周期，l2缓存需要15个周期，到主内存则需要600-700个周期。

系统效率下降的原因除了网络通 信能力与结点运算能力不匹配以的资源分配和管理问题 。面对 MA结构下极其底大又分布的 系统资源 资源分配、管理和调度策略将决定系统 中所有资源是否能最充分的利用 系统各部分是否能最充分的并行 并且为此付出的系统开销能减少到最小 。其次要解决大系统中操作系统的层次化问题 如基本结点内、超结点内和超结点间操作 系统的功能划分和相互协调问题 并解决从最基本系统到最大系统的无缝可扩展问题 是提高机器效率的另一个关键问题 。

并行编译器要对应用程序进行全局 指令流 、数据流分析 充分发挥体系结构提供的功能和特点 获得高效性。当前 高性能计算机走向消息传送与共享存储相结合的混合结构 给并行编译增添了新的手段 41113并行算法的可扩展性 当前 相关性较强的问题在并行计算机上求解仍面临许多难题 并行效率仍较低。另一方面 性能计算机在今后10 年内将发展到 需要将问题分解为具有百万路以上的并行性 采取计算与通信重叠的措施 412友善性 413 可用性 可用性是在硬件系统可靠性的基础上 借助软件技术提高系统可用程度的度量 。由于硬件元器件 固有的失效率和系统中不可避免的偶发性故障 规模并行计算机的帄均故障间隔时间已经下降到数天甚至数小时 可靠性问题变得十分严重。必须采 取更有效的可靠性措施 存储器系统和重要的数据通路实行全面的 ECC 校验 其他一些部分采用奇偶校验或 CRC 校验 。对于消息具有错误后重发功 硬软件相配合实现错误后复算功能。分布于全 系统的维护诊断电路能通过状态监测和边界扫描全 面统计和分析系统的故障情况 通过软件进一步提高系统可用性 。如保留恢复功能 、动态故障隔离功 、自动降级运行并在硬故障消除后自动回复的功能等行之有效的方法 并行计算机可扩展性、友善 性和可用性的提高 有赖于并行算法、程序设计 编译技术、体系结构 、系统硬件和系统软件等方面 的共同努力 神威高性能计算机由国家并行计算机工程技术研究中心研制的神 威高性能计算机是一个可扩展的并行处理系 511概况 该系统采用同构 、分布共享主存储器 由主机系统、前端系统 、磁盘阵列 系统和软件系统组成 。

其结构框图如图 机系统包括一个可缩放的12 12 帄面格栅网 、96 个运算结点 个前端结点、16 护管理系统和电源系统。每个运算结点包括 磁盘阵列系统包括16 41211提供单一系统映像 无论系统多么底大 存储器层次、互连网络及 这就是单一系统映像的最终目的 。单一系统映象的含义包括多方 如单一文件系统、单一用户登录结构 、单一进 程管理 、单一存储空间等 。目前在系统规模很大时 解决单一系统映像问题仍是一大难题 41212人机友好的编程环境 它包括高性能并行 译器和高效的调试环境和性能监测工具。并行语 言需要解决标准化和可移植性问题 今后一个时期的重点是支持 “结点共享”或分层的多级分布共享 存储系 其调试环境和监测工具的友善性和方便性也是一大难题 128MB 局部存储器 、高带宽内部总线等构成 同时实现运算结点间的广播 、归约等全局操作和轻量级全局 “与”同步 神威高性能计算机结构框图Fig11 Block diagram Sunwayhigh perfo manceco mp uter 帄面格栅网将所有运算结点 结点及前端结点连成一个有机整体 方向12 个结点中 方向的扩展实现不同规模的系统。

它采用 Wo mhole传输技术 结点由高速处理器、存储 、Mesh网接口适配器和 SCS 接口适配器等组成 。除磁盘阵列设备 前端机(含前端机工 、可视化工作站、系统控制台) 和周边设备组 提供人机交互界面和网络功能。前端机系统的 主体是前端的高性能工作站 它通过接口适配器与主机系统的前端机网关相连接 。一个前端机网关与 一台前端机工作站构成一个前端结点 操作系统为自行研制的、采用 Mach 微内核 技术 、并保持与 系统兼容的分布式并行操作系统 为用户开发并行程序提供了易于使用 、方便灵活 、直观清晰 、功能丰富的 综合 、状态以及操作系统行为的动态监测及系统组合切割等功能 512特点 神威高性能计算机具有如下特点 采用分布共享体系结构提高系统总体性能神威机采用分布共享存储体系结构 各类不同的功能模块通过高速互连网连接起来 MA全局共享 。分布式并行操作系统实属研究所 中国科技大学 可压缩混合层湍流流场的直接数值模拟 可压缩射流的直接数值模拟 槽道湍流的直接数值模拟 CNCHEM 数值模拟 数值模拟 数值模拟 分子生物学模拟软件包 中国科学院力学研究所 CNDOC 药物筛选投入准业务运行的气象集合数值天气预报是国 家气象局的大型应用软件 在神威机上同时运行32 (美国达17 个样本 欧洲达52 个样本) 中科院上海药物研究所的药物分子与生物大分 子相互作用的数值模拟课题 40000 CPU 小时实现了抗 病反应过程的数值模拟 得到很好的结果。

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/jisuanjixue/article-109657-1.html