class1_并行计算简介.pptx

并行程序设计;主要内容; 1. 什么是并行计算?;传统上，一般的软件设计都是串行式计算： ?软件在一台只有一个CPU的电脑上运行； 问题被分解成离散的指令序列； 指令被一条接一条的执行； 在任何时间CPU上最多只有一条指令在运行 ;在最简单的情形下，并行计算是使用多个计算资源去解决可计算问题。 ??用多核CPU来运行； 问题被分解成离散的部分可以被同时解决； 每一部分被细分成一系列指令； 每一部分的指令可以在不同的CPU上同时的执行； ;计算资源可以包括： 多核CPU； 任意数量的CPU用网络连接起来； 或者以上两者结合； 可并行计算问题通常展示出如下的特性： 能分解成可以同时解决的离散的工作块； 同一时刻可以执行多条程序指令； 通常用多个计算资源解决问题所花的时间要比单个计算资源要短； ;并行计算的用途;; 今天，商务应用是推动快速计算机发展的更大的推动力。这些应用需要用复杂的方法处理大量数据。例如： ; 数据库、数据挖掘 Big Data 石油勘探 ?网络有哪些信誉好的足球投注网站引擎、基于网络的商务服务 医学成像和诊断 制药设计 国有企业或跨国企业的管理 金融经济建模 虚拟现实 （娱乐，游戏主机等） 网络视频和多媒体技术 协同工作环境 ;;创：战纪 简介;渲染与超级计算机;《阿凡达》推动超级计算机的电影制作;据资料显示，2006年Weta?Digital开始着手《阿凡达》方面的工作时，公司的?“渲染墙”大约包含?4,400个CPU核心，存储系统大约有100TB。到《阿凡达》制作结束时，公司的渲染墙中大约有35,000个CPU核心，存储系统也达到3000TB。整个《阿凡达》渲染任务之繁重，逼迫Weta?Digital公司计算能力增长了10倍，最终按时完成客户要求。;Weta?Digital?公司采用了超级计算机集群平台作为其解决方案，操作系统是我们熟知的Linux，在TOP?500超级计算机中排名也从最初的400多上升到了190多名。 《阿凡达》所使用的超级计算机总内存有?104TB，内联采用的是万兆以太网。整个超级计算机的每一个节点型号是BL2x220c，它在一个刀片内放两台服务器，每服务器有两个4核CPU，节点CPU核心选择Intel服务器专用Xeon处理器。;这套超级计算机渲染环境在2008年拥有4096个CPU内核，到2009年增加到5936个CPU内核，庞大的超级计算机集群已经成为除了导演和演员之外全片最大的贡献者。它们用自己稳定的工作，根据动画制作师划定的标准，渲染《阿凡达》每一帧静态图片，最终拼接成全片。 整部电影大约3?PB的数据存放在BlueArc机构和NetApp机构的存储器上，数据传输通过光纤通道完成。电影完成时一帧的数据是12MB，一秒钟24帧，每分钟的数据就有?17.28?GB，整部《阿凡达》电影产生的数据据说在3PB左右，需要3000块个人电脑的1TB容量硬盘才能完成对数据的存储; 阿凡达高清图片;;1) ? 节省时间和成本;很多问题是相当庞大而复杂的，尤其是当计算机的内存受到限制的时候，用单个计算机来解决是不切实际或者根本不可能的。例如： a.??Grand Challenge (/wiki/Grand_Challenge)?问题需要Peta级浮点运算能力和存储空间的计算资源。 b. 网络有哪些信誉好的足球投注网站引擎和网络数据库每秒钟要执行上百万次的处理。 ; 单一的计算资源在同一时刻只能做一件事情。多个计算资源能够同时做很多事情。例如： Access Grid (/)提供一个全球的合作网络，在这里来自世界上不同国家的人们可以开会并“现场”指导工作。;4) 使用非本地资???/wiki/%E9%A6%96%E9%A1%B5;5) ?串行计算的限制; 现在的计算机体系结构越来越依赖于硬件层次的并行来提高性能： a????????多个执行单元 b???????多核 ;3. 高性能计算机;基本知识;　　一个 MFLOPS (megaFLOPS) 等于每秒1百万 (=10^6) 次的浮点运算， 　　一个 GFLOPS (gigaFLOPS) 等于每秒10亿 (=10^9) 次的浮点运算 　　一个?TFLOPS?(teraFLOPS) 等于每秒1万亿 (=10^12) 次的浮点运算 　　一个 PFLOPS (petaFLOPS) 等于每秒1千万亿 (=10^15) 次的浮点运算。;GFLOPS：微处理器运算峰值;TFLOPS：显卡或者早期并行机;PFLOPS：当代超算平台;TOP 500;;Ranking 2015;4. 学习内容以及目标？; 目标：利用多个核或者多处理器以并行求解大规模科学计算问题。 核心内容：MPI