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并行计算机与并行计算 张鑫 理论与计算化学国际合作研究中心 分子反应动力学国家重点实验室 情况介绍 研究员2人，其中一位为中国科学院院士，高级访问学者1人，博士后研究人员6人， 博士研究生18人，硕士研究生4人 与多个国际学术团队有很好的合作，与纽约大学化学系张增辉教授合作建立理论与 计算化学国际合作研究中心 主要研究工作 实验方面： 交叉分子束对光解，碰撞反应，立体化学动力学的研究 激光诱导荧光方法对光解，立体化学动力学的研究 飞秒激光对超快动力学过程的研究 理论方面： 准经典轨线方法对反应动态学的研究 量子力学方法对反应动态学的研究 复杂体系势能面的构造，拟和 量子化学及其他方法对分子结构，物质特性，化学反应过程的研究 1997-2001年，发表文章84篇，其中英文66篇 并行计算机与并行计算 为什么要建造并行计算机 并行计算机的类型 什么是并行计算，并行进程的特性及并行模型的分类 工作站集群(COW)的基本结构 中国科学院十五计划中关于并行计算部分 为什么要建造并行计算机 什么是超级计算环境 超级计算（Supercomputing），从技术的意义上说，是为了在问题的求解上具有更快的速度、更高的精度、更大的规模、更好的性能价格比而采用的非主流计算的设施和方式。 计算速度的要求 问题: 科学和工程问题的数值模拟与仿真 计算密集 数据密集 网络密集 三种混合 要求:在合理的时限内完成计算任务 秒级 制造业 分钟级 短时天气预报(当天) 小时级 中期天气预报(3~10日) 尽可能快 长期天气预报(气候) 可计算 湍流模拟 问题的规模 计算机的规模:TOP10 (2001年7月) IBM Builds Worlds Fastest Supercomputer to Simulate Nuclear Testing for U.S. Energy Department 以动物的食物链为例 并行计算机分类 Flynn分类法 SISD（单指令流单数据流）系统 SIMD（单指令流多数据流）系统 MISD（多指令流单数据流）系统 MIMD（多指令流多数据流）系统 五种物理机模型: 实际的机器体系结构 PVP (Parallel Vector Processor, 并行向量机) SMP (Symmetric Multiprocessor, 对称多处理机) MPP (Massively Parallel Processor, 大规模并行处理机) COW (Cluster of Workstation, 工作站机群) DSM (Distributed Shared Memory, 分布共享存储多处理机) 几种我们常见的并行计算机 什么是并行计算，并行进程的表述 及并行模型的分类 什么是并行计算 传统的串行计算，分为“指令” 和“数据”两个部分，并在程序 执行时“独立地申请和占有”内 存空间，且所有计算均局限于 该内存空间。 并行计算将进程相对独立的 分配于不同的节点上，由 各自独立的操作系统调度， 享有独立的CPU和内存资源 （内存可以共享）；进程间 相互信息交换通过消息传递； 进程 1 进程 2 并行算法的表述 硬件结构抽象模型(自然模型) 共享存储的模型和语言(适于PVP, SMP, DSM) X3H5, Pthread OpenMP 消息传递的模型和语言(适于MPP, Cluster, COW) MPI (Fortran, C, Gamess, Vasp) PVM (Fortran, C) 数据并行的模型和语言(适于在MPP/Cluster上实现SPMD应用) Fortran 90 HPF(High Performance Fortran) 并行模型的分类 基于程序构造的模型 CSP Linda （Fortran, C, Gaussian） Global (Molpro，Columbus) 基于问题描述的模型 GAMMA UNITY 基于并行计算理论的模型 PRAM BSP LogP Yale 大学Nicholas Carriero 和David Gelernter 于1986年基于分散数据结构和共享存储系统的并行计算模型. Linda模型定义了一个功能强大的逻辑存储器(TS)和在其上的一组核心操作(in, out, read, eval), 它们能够方便地嵌入到不同的语言(如, C, Fortran)中而构成相应的并行语言(C-Linda和Fortran-Linda等) 该模型同时还支持动态程序设计和两种不同的编程风格(Master/Slaver和Divide-and-Conquer),为用户