高性能计算国际发展态势分析-上海大学自助建站申请.pdf

高性能计算国际发展态势分析 中国科学院国家科学图书馆成都分馆 二〇〇八年三月 地址：四川省成都市一环路南二段16 号 邮编：610041 电话：028 电子邮件：zx@ i 高性能计算国际发展态势分析 唐川 姜禾 张勐 平昭 （中国科学院国家科学图书馆成都分馆情报研究部，成都，610041 ） 摘 要： 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。 本报告回顾了高性能计算在近年（特别是2007年）的发展，并综合分析了业内专家对一些热点 与趋势的看法。高性能计算在2007年以突飞猛进的速 在发展，速度最快的通用型系统的峰值性能 已跃升至478.2Teraflop 万亿次浮点计算/秒）；从国家与地区之间的竞争来看，欧洲和亚洲的少数 国家取得了巨大进步，但主要格局未发生显著变化，美国依然具有压倒性优势。在高性能计算系统 的组成部分中，集群系统的主导地位在持续扩大，处理器将由多核向众核与异构架构发展，千兆以 太网和Infiniband依然是最具优势的主流互联技术，而Linux 的优势由于集群系统的流行得到了巩固。 此外，对于高性能计算领域当前的一些热点与趋势，业内专家表达了各种各样的 点。如众多专家 认为芯片级异构架构和系统级异构架构将被更多的应用于高性能计算系统，且可重构计算将成为热 点。对于多核技术带来的并行计算挑战，一些专家提出采用流式编程、数据并行、用户自己开发实 用工具、使用商业数据库隔离应用程序与底层硬件等策略来应对；在编译工具和语言开发方面，业 内机构主要采用了四种策略，包括改进MPI 、开发专有方案、扩充当前语言的语义以及开发全新的 通用型高效能计算语言。随着高性能计算系统规模不断扩大，能耗、系统资源利用效率等问题正成 为影响、甚至限制高性能计算发展的因素，受到了广泛关注与重视，推动绿色高性能计算与开发高 性能计算虚拟化技术已成为必然趋势。 报告对高性能计算的应用作了较为全面的介绍，并重点介绍了科学研究领域的高性能计算及特 点。高性能计算技术已经被广泛地应用于生命科学、物理、化学、材料等研究领域，还被用于能源、 气候、环境、金融、游戏等产业与公共服务。世界上最先进的高性能计算机的用户主要来自学术界、 政府部门、产业界等，在各领域的应用都在不断加强的同时也呈现出较为剧烈的相对变化。高性能 计算已成为科学研究不可或缺的重要工具，未来的需求也极为巨大，部分国家已开始建造千万亿次 Petaflop ）级别的计算系统以满足科研需求。各科研领域的前沿挑战也对高性能计算提出了多方面 的要求，各领域对算法、计算速 、存储容量、带宽等都有不同要求，本报告介绍了纳米、气候、 生物等领域对当前的主流算法 稠密与稀疏线性代数、快速傅里叶变换、自适应网格细化等）的需 求，并归纳总结了生物学和地球科学中一些前沿挑战对算法和系统性能的需求。 本报告还介绍了美国、欧盟、日本、英国这几个处于高性能计算发展前列的国家或地区2006年 以来制定的新计划，以及近年来重大计划的必威体育精装版进展情况。美国在高性能计算机系统、软件研制、 应用部署等诸方面具有全面的领先优势。政府不断通过信息技术科研计划推动高性能计算的发展， 有望很快实现千万亿次计算。2007年美国国家科学基金会资助了两个项目，计划在2010年左右实现 多层次的千万亿次高性能计算环境，并支持应用软件的开发和维护。能源部继续推进ASCI/ASC项目， 进一步提高精 和正确性，把超级计算机系统的验证目标设定为每秒千万亿次，并已部署百万万亿 次超级计算计划，以应对能源、环境可持续性和安全方面的全球挑战。国 部HPCS计划已进入大规 模开发的第三阶段，性能要求升至4Petaflop。政府跨部门 “网络与信息技术研发计划 NITRD ）”计 划继续获得了巨额经费支持。欧盟第七框架计划 FP7 ）投入了大量资金支持千万亿次高性能计算系 统的发展。欧洲高性能计算技术组 HET ）提出的 “欧洲千万亿次超级计算”研究报告认为