什么是高性能计算机_高性能计算机在世界的发展_高性能计算发展与应用(8)

图10.美国能源部劳伦斯利弗摩实验室（LLNL）的高性能计算机发展史

LLNL是全球高性能计算机使用较好的一个应用大户。从1970年的IBM 704开始，持续使用高性能计算机已有33年的历史，经验比较丰富。美国能源部最近投入4亿美元，在LLNL建设“万亿级模拟设施”Terascale Simulation Facility（TSF），预计2005年完成。届时TSF的峰值计算能力将接近每秒500万亿次浮点运算（0.5 PetaFlop/s），比1980年代的CDC 7600增加了上百万倍，或6个数量级。从图9的峰值速度曲线可以看出，机群的引入对保证高性能计算能力按照摩尔定律增长起到了关键作用。如果LLNL沿用过去的CDC机和Cray向量机的路线，计算能力的增长要缓慢的多。

机群的引入也使得升级换代更加频繁。CDC 7600机使用时间最长，达18年。Cray向量机使用时间为7-10年。Mark Seager告诉作者，机群系统通常在4-5年退役。这一方面是为了更好地利用摩尔定律带来的系统进步，另一方面是因为机群使用了比较稳定的编程模式（如MPI+OpenMP），使得升级换代不需要大量的程序移植工作，从而能够控制总拥有成本，使得总拥有性能价格比更高（参见图10）。

由于机群系统在5年内退役，它必须提供更高的生产性应用的使用效率和更高的价值，才能得到好的ROI，才能物有所值。稳定的编程模式、通过共享资源提高利用率等具有很大的意义。LLNL的经验显示，必须尽早使系统投入生产型应用（time to production）。为此，LLNL采用了一种“三个曲线”的方法（见图10），即同时规划和提供三类系统（生产、准生产、研究），形成三个互补的增长曲线。2000-2005年期间，LLNL的生产类系统主要是IBM等厂商的RISC芯片Unix机群，用于日常生产使用。准生产类系统主要是IA32/IA64/AMD芯片Linux机群，为下一代生产使用作准备。研究类系统目前考虑的是IBM Blue Gene/L以及以后的基于Cell处理器芯片的机群系统，其目的是为下一代生产使用和更长远的千万亿次级系统作准备。

图11.LLNL的高性能计算机三个曲线（生产、准生产、研究）

Linpack机群已成为大路货（Commodity）

Linpack机群，即通过组装商品化部件（市场上很容易买得到或开放源码的部件），以取得好的Linpack测试值（Top500排名）为目标的机群，已经成为像微机一样的大路货。

美国圣地亚哥超级计算中心的Philip Papadopoulos（他是IEEE Cluster 2004的程序委员会主席）总结了这个现状：“It is straightforward and fast to get a working and stable cluster”。他在SC2003现场验证了这个论断：他带领一个20人的团队，使用市场上很容易买得到或开放源码的部件，在2小时内组装了一台数百个CPU的机群并投入运行科学计算应用。

2003年，美国Virginia Tech大学花了520万美元和三个月左右的时间，利用现成部件，自行构建了一台2200个CPU的机群，峰值速度为17 Tflop/s，Linpack测试值为10 Tflop/s，在2003年11月的Top500排名第三，仅次于地球模拟器（耗资3亿多美元）和ASCI-Q（耗资约1亿美元）。这个项目的主要劳动力是学生志愿者。事实上，这台系统比一般的Linpack机群要麻烦一些，因为它使用Apple公司的G5节点和Mac OS。

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