前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇高性能計(jì)算機(jī)范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

高性能計(jì)算機(jī)范文第1篇

論壇嘉賓現(xiàn)場訪談

在很多人印象中，高性能計(jì)算機(jī)既遙遠(yuǎn)又神秘，似乎只有科學(xué)家們才會與之發(fā)生聯(lián)系。作為世界第六大高性能計(jì)算機(jī)制造商和國內(nèi)最大的高性能計(jì)算機(jī)企業(yè)——曙光公司也常常遇到這樣的誤解。

“過去確實(shí)是這樣的，高性能計(jì)算機(jī)是只有極少數(shù)的科研機(jī)構(gòu)、政府部門才能夠使用的，但現(xiàn)在高性能計(jì)算機(jī)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。”在參加第十三屆中國經(jīng)濟(jì)論壇時(shí)，曙光公司總裁歷軍告訴《中國經(jīng)濟(jì)周刊》。

12月14日，嫦娥三號探測器在月球表面預(yù)選著陸區(qū)域成功著陸，這標(biāo)志著我國已成為世界上第三個實(shí)現(xiàn)地外天體軟著陸的國家。這背后的英雄便是曙光的高性能計(jì)算機(jī)。而且不僅僅是嫦娥三號，“神舟”、“玉兔”、“天宮”背后也統(tǒng)統(tǒng)都有曙光的身影。

超級計(jì)算機(jī)為宇宙飛船在目標(biāo)軌道計(jì)算、空間碎片定軌計(jì)算、控制飛船入軌、發(fā)射氣象氣候監(jiān)測、飛船發(fā)射窗口設(shè)計(jì)等方面，做出了其他信息化設(shè)備無可替代的貢獻(xiàn)。

但是，如果你將這看作是高性能計(jì)算機(jī)的主要作用就大錯特錯了，你所吃的米飯得益于雜交水稻技術(shù)，而這是通過高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行基因配對的；你所觀看的電影，其中的特效讓人心馳神往，這是通過高性能計(jì)算機(jī)完成的；你的小汽車消耗的汽油，是通過高性能計(jì)算機(jī)模擬找到的油田生產(chǎn)的；你每天關(guān)注的PM2.5數(shù)值可以通過高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和預(yù)測；你每天用手機(jī)刷微博、玩微信、逛淘寶，背后全部是高性能計(jì)算機(jī)……

“隨著基于高性能計(jì)算機(jī)的云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析的普及，我們可以肯定高性能計(jì)算機(jī)將會成為未來一個重要的生產(chǎn)工具，各行各業(yè)都會使用到，特別是對傳統(tǒng)的制造業(yè)，會帶來翻天覆地的變化?！睔v軍說。

“傳統(tǒng)的中國制造業(yè)主要依靠人力成本的優(yōu)勢，而未來的中國制造要想繼續(xù)成功，就要更多依靠技術(shù)創(chuàng)新，高性能計(jì)算機(jī)能夠?yàn)榭萍紕?chuàng)新提供基礎(chǔ)性的支撐，給中國制造的轉(zhuǎn)型升級提供無窮的可能性，未來我們應(yīng)該叫高科技制造業(yè)。” 歷軍補(bǔ)充說。

高性能計(jì)算機(jī)范文第2篇

曙光公司副總裁聶華在不久前參加全國高性能計(jì)算(HPC)學(xué)術(shù)年會中曾表示：預(yù)計(jì)完全自主知識產(chǎn)權(quán)的千萬億次超級計(jì)算機(jī)曙光6000將于2010年推出。但由于國產(chǎn)龍芯CPU尚在研發(fā)當(dāng)中，所以明年4月份以前不會面世。曙光6000研發(fā)成功后，預(yù)計(jì)將服務(wù)于國家華南超級計(jì)算中心。

曙光6000將采用異構(gòu)計(jì)算的結(jié)構(gòu)，支持不同的處理器，最大的不同在于天河一號用的是“英特爾CPUAMDGPU”，而曙光6000將采用完全自主設(shè)計(jì)和擁有全部知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)龍芯處理器，“普通CPU+國產(chǎn)龍芯處理器”的組合。國產(chǎn)處理器成為曙光6000最備受關(guān)注的原因之一。

眾所周知，曙光6000的研發(fā)成功代表著國產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)研發(fā)跨出重要一步。曙光6000與曙光5000等之前的高性能計(jì)算機(jī)不同――為了突破千萬億次大關(guān)，曙光6000將采用全新內(nèi)部架構(gòu)，并且支持異構(gòu)集群，也就是說既使用普通x86處理器，也有龍芯處理器。

高性能計(jì)算機(jī)范文第3篇

關(guān)鍵詞：高性能計(jì)算機(jī)；光互連網(wǎng)絡(luò)；結(jié)構(gòu)分析

1、光互連的分類和原理以及WDM技術(shù)的原理

光互連根據(jù)傳輸介質(zhì)的不同可以分為兩類：波導(dǎo)光互連與自由空間光互連。

（1）波導(dǎo)光互連的原理

攜帶數(shù)據(jù)的光由二極管激光器發(fā)射出來，進(jìn)入光束傳輸介質(zhì)集成光波導(dǎo)中，由于光波導(dǎo)的外層折射率大于芯層折射率，此時(shí)光的入射角恰好滿足全反射的條件，光束發(fā)生全反射從而沿著光波導(dǎo)進(jìn)行傳播直到被另一端的光探測器接收到，這樣就實(shí)現(xiàn)了光互連的效果。

（2）自由空間光互連的原理

在數(shù)據(jù)發(fā)送端有發(fā)射端調(diào)制光發(fā)送器負(fù)責(zé)發(fā)送攜帶數(shù)據(jù)信號的光束，當(dāng)光束通過光學(xué)器件時(shí)，在光學(xué)器件的影響下光束發(fā)生轉(zhuǎn)折或傳輸受控后到達(dá)數(shù)據(jù)的接收端，接收端的光探測器將接收到的攜帶數(shù)據(jù)的光信號轉(zhuǎn)換成為電信號，并進(jìn)行處理，構(gòu)成各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的互聯(lián)方式，從而實(shí)現(xiàn)光的寬頻帶和獨(dú)立傳播無干擾的特性，使得數(shù)據(jù)的傳輸速率、互連度及互連密度大大的提高，實(shí)現(xiàn)三維空間的光通信。

（3）WDM技術(shù)的原理

上面介紹了光互連的原理，但是要想將其應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中使其發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)還需借助一種技術(shù)——波分復(fù)用技術(shù)，即WDM技術(shù)。光分復(fù)用技術(shù)是使用光纖將光進(jìn)行光頻分復(fù)用。在光的傳輸系統(tǒng)的發(fā)送端采用復(fù)用器將不同波長的光信號組合起來并將信號合并于一根光纖中進(jìn)行傳播，接收端接收光后使用解復(fù)用器將不同波長的光信號分離出來并將其分別處理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的光交換和恢復(fù)。

2、高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

雖然光互換技術(shù)等的發(fā)展迅速，但是由于高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的高要求，基于光互連網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)等的技術(shù)研究的需求仍十分迫切。高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指目前光互連交換網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵部分，包括：可擴(kuò)展的互連網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、報(bào)文緩存、路由策略、仲裁策略、聚合通信機(jī)制等等。下面以基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)為例，依次對這幾個方面進(jìn)行分析。

（1）基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在高性能計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，其互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)一般采用的是層次式的互連性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如胖樹結(jié)構(gòu)，以其為例。該系統(tǒng)一共有64個計(jì)算結(jié)點(diǎn)，各個結(jié)點(diǎn)內(nèi)有4—32個SMP，其中16個SMP構(gòu)成一個SMP簇，每個SMP簇是按胖樹結(jié)構(gòu)來構(gòu)成系統(tǒng)內(nèi)部的互連網(wǎng)絡(luò)的。結(jié)點(diǎn)間的互連鏈路從葉結(jié)點(diǎn)開始向根節(jié)點(diǎn)延伸的過程中逐漸增多，就連向根部伸展的枝杈也不斷變粗。SMP簇中的16個SMP可以直接的傳遞信息和數(shù)據(jù)，不同的SMP簇之間的信息和數(shù)據(jù)的傳遞是通過葉結(jié)點(diǎn)和中心交換結(jié)點(diǎn)來完成的。因此，胖樹結(jié)構(gòu)具有許多的優(yōu)點(diǎn)：低延遲、可擴(kuò)展連接、高寬帶等，但是目前的互聯(lián)網(wǎng)的性能有限，想在高性能計(jì)算機(jī)內(nèi)全采用胖樹結(jié)構(gòu)而使其發(fā)揮優(yōu)勢仍然是個難題。

（2）基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系的路由策略

該體系的路由交換結(jié)點(diǎn)是根據(jù)波長分離器進(jìn)行設(shè)計(jì)的。波長分離器可以綜合空分和波長光的路由，因此具有波長路由的選擇功能，是該系統(tǒng)的核心器件。波長分離器可看成是具有多個可輸入輸出的2×2光交換設(shè)備。通過波長分離器可使特定波長聚集進(jìn)入上層的路由節(jié)點(diǎn)中，其他波長不能進(jìn)入只能留在原來那一層內(nèi)。這樣就實(shí)現(xiàn)了不同波長的光的分離的目的。其優(yōu)點(diǎn)是在同層次上可以實(shí)現(xiàn)波長的重復(fù)使用，大幅度減少了整個系統(tǒng)所需的波長信道的數(shù)量。

（3）基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系的通信機(jī)制

互聯(lián)網(wǎng)的處理器間的通信分為：超葉結(jié)點(diǎn)的內(nèi)部通信和超葉結(jié)點(diǎn)之間的通信，其中內(nèi)部通信是由基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及通信的機(jī)制來決定的，而結(jié)點(diǎn)之間的通信是由光互連網(wǎng)絡(luò)的特定波長信道實(shí)現(xiàn)通信的。其通信機(jī)制大致為：每兩個超葉結(jié)點(diǎn)之間的通信需要其互為兄弟結(jié)點(diǎn)才能夠?qū)崿F(xiàn)，即第一層子樹的結(jié)點(diǎn)只能和一層次子樹的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。

（4）基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系的報(bào)文緩存和仲裁策略

基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系的仲裁策略是由Hybrid MAC協(xié)議來實(shí)現(xiàn)仲裁訪問的。Hybrid MAC協(xié)議有兩種形式：A類是控制報(bào)文，只有幾十個字節(jié)的報(bào)文，數(shù)據(jù)很少，一般是存儲器一致性控制報(bào)文，用于預(yù)約訪問控制和一些延遲要求高的小信息；B類是數(shù)據(jù)報(bào)文，數(shù)據(jù)很多，如存儲數(shù)據(jù)塊報(bào)文，它比A類大幾個數(shù)量級，可達(dá)到幾萬字節(jié)，因此可用于傳輸大尺寸的報(bào)文。Hybrid MAC協(xié)議對這兩種類型的報(bào)文都支持。Hybrid MAC協(xié)議采用的策略是包括基于預(yù)分配和預(yù)約的混合策略，因此可實(shí)現(xiàn)低延遲和沒有沖突的通信。仲裁過程的實(shí)現(xiàn)是這樣的：在每個通道上，預(yù)約控制報(bào)文（RCP）與存儲數(shù)據(jù)塊報(bào)文（MDP）是共同傳輸?shù)?。其中RCP以廣播方式進(jìn)行傳輸，其每個預(yù)約項(xiàng)都明確的標(biāo)明了這次通信的波長通道、報(bào)文大小以及目的結(jié)點(diǎn)，而且控制報(bào)文傳輸周期的發(fā)送。存儲數(shù)據(jù)塊報(bào)文是在數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸周期的內(nèi)分槽發(fā)送的，其中各個槽最多可同時(shí)在C個波長信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。在此期間，只要求數(shù)據(jù)報(bào)文在傳輸周期內(nèi)發(fā)送完即可，其存儲的數(shù)據(jù)塊長度可以發(fā)生改變。每個結(jié)點(diǎn)都存在一個光接收器陣列，該陣列可接受幾乎所有波長的信號，因此MDP可在任何可以使用的波長信道上進(jìn)行傳播。在結(jié)點(diǎn)發(fā)送RCP前必須等待預(yù)約周期的到來，預(yù)約周期中，在信道上結(jié)點(diǎn)會廣播自己的預(yù)約的消息，接著數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸周期內(nèi)就可以傳輸存儲數(shù)據(jù)塊地報(bào)文了。因此基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系具有明顯的雙模態(tài)特性。

3、基于波長分離器的高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)體系的性能分析

首先，胖樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的采用以及光互連代替電互連鏈路，使得有足夠的點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)鏈路帶寬，可以充分的發(fā)揮出胖樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)；層次式結(jié)構(gòu)可以在不增加整個系統(tǒng)的波長信道的總數(shù)的前提下也可獲得優(yōu)良的可擴(kuò)展的性能；底層超葉結(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 可以大幅度的節(jié)省信息的傳遞時(shí)間，減輕了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。

其次，互聯(lián)網(wǎng)的延遲性能良好。波長分離器的特殊設(shè)計(jì)以及波長路由的尋址實(shí)現(xiàn)使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾士梢暈楣馑伲蚨舆t性能良好。

再次，采用空分復(fù)用技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)增強(qiáng)了整個系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。波長分離器允許同一層次的波長通道的重復(fù)使用，因而大幅度的減少了整個系統(tǒng)所需的波長信道的數(shù)量，因而系統(tǒng)的可擴(kuò)展性增強(qiáng)了。

最后，雙模態(tài)特性不必采用可調(diào)光收發(fā)器，也不浪費(fèi)專用的控制信道，從而實(shí)現(xiàn)了低延遲和沒有沖突的處理器之間的通信。

參考文獻(xiàn)：

[1]王景存，王沁，張曉彤. 高性能光互連機(jī)群網(wǎng)絡(luò)接口卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程，2006，（06）.

[2]齊星云，陳永然，竇文華. 基于SOA光開關(guān)的高性能計(jì)算機(jī)全光互連網(wǎng)絡(luò)[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（03）.

[3]齊星云，竇強(qiáng)，陳永然. BOIN:一種新型無緩存高性能計(jì)算機(jī)光互連網(wǎng)絡(luò)[J].電子學(xué)報(bào)，2008，（11）.

高性能計(jì)算機(jī)范文第4篇

高性能計(jì)算的7大變化

千萬億次的夢想與現(xiàn)實(shí)

上下求索

――不同企業(yè)發(fā)展千萬億次計(jì)算的技術(shù)路線

以前，大家公認(rèn)高性能計(jì)算機(jī)是一個國家綜合實(shí)力的體現(xiàn)，因?yàn)樗谴罅靠茖W(xué)研究的基礎(chǔ)工具?，F(xiàn)在，我們可以說，高性能計(jì)算機(jī)是商業(yè)應(yīng)用的生力軍，一方面，人們需要更快速度的計(jì)算機(jī)，因此計(jì)算速度達(dá)到千萬億次的HPC成為人們努力的一個目標(biāo)；另一方面，從2002年開始，高性能計(jì)算機(jī)市場進(jìn)入了一個高速發(fā)展周期，為了適應(yīng)應(yīng)用需求的多樣化，商品化、標(biāo)準(zhǔn)化以及好用性、平民化也已經(jīng)成為今天HPC發(fā)展必須要考慮的重要因素。在這一大背景下，我們可以看到HPC發(fā)展中的幾大變化。

1．應(yīng)用――研究與商業(yè)應(yīng)用并舉

在高性能計(jì)算的性能方面，國際上有TOP500排行榜，國內(nèi)有TPO100排行榜，它們是國際與國內(nèi)HPC發(fā)展與應(yīng)用的一個標(biāo)竿。

同前幾次TOP500相比，2006年第28屆的TOP500在應(yīng)用領(lǐng)域并無太大變化，工業(yè)、科研和學(xué)術(shù)仍是超級計(jì)算機(jī)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域;保密、廠商和政府方面應(yīng)用的系統(tǒng)數(shù)量基本未變。在商業(yè)和工業(yè)用戶安裝的224臺系統(tǒng)中，IBM系統(tǒng)占121臺，HP系統(tǒng)占116臺，這就表明這兩家公司已從總體上壟斷了這一重要的市場段。IDC的數(shù)據(jù)也佐證了這一觀點(diǎn)。在2006年，HP在高性能計(jì)算領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位,占有33％的市場份額，IBM的市場份額則達(dá)到了28％，不過IBM在大型組織中部署的HPC，如藍(lán)色基因等數(shù)據(jù)較多。第三名是Dell公司，占到17％，而Sun第四，占到10％。

美國是HPC系統(tǒng)最大的用戶，以308臺的總數(shù)傲視群雄。歐洲用戶的數(shù)量略有回升，達(dá)到95臺，高于亞洲用戶的79臺。在歐洲，英國用戶的數(shù)量最多，德國次之。在亞洲國家中，日本最多，中國的安裝臺數(shù)在所有國家中位居第五。

在2006年中國高性能計(jì)算機(jī)性能TOP100排行榜中，石油勘探、工業(yè)應(yīng)用和高校科研是高性能計(jì)算機(jī)在國內(nèi)的三大主要應(yīng)用領(lǐng)域，比率超過了57%。網(wǎng)絡(luò)游戲是國內(nèi)高性能計(jì)算機(jī)的新興應(yīng)用領(lǐng)域，從去年的3套增加到了今年的9套?？傮w而言，2/3以上的系統(tǒng)都直接用在了工業(yè)或商業(yè)領(lǐng)域；相反，純粹針對科研的科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)比率減少。從地理分布來看，國內(nèi)早期高性能計(jì)算應(yīng)用主要集中在北京、上海兩地，但近兩年，高性能計(jì)算系統(tǒng)的分布明顯呈分散化，分布在全國20多個省市。不過，總體來說，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，高性能計(jì)算機(jī)的數(shù)量也較多，這二者之間具有一定的正相關(guān)性。

對比后我們發(fā)現(xiàn)，與國際高性能計(jì)算機(jī)的使用相比，中國的高性能計(jì)算的工業(yè)應(yīng)用程度不高，其中以石油勘探、地震資料處理最為成功（但現(xiàn)在越來越多的ISV 支持PC 集群，使高端市場受到很大沖擊）。目前中國的高性能計(jì)算市場更多地集中在教育和科研領(lǐng)域。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，在許多工業(yè)領(lǐng)域，如汽車、航空航天器的設(shè)計(jì)制造、石油勘探、地震資料處理及國防（核爆炸模擬）等，科學(xué)計(jì)算已經(jīng)成為首選研究方法。在教育、科研領(lǐng)域，高性能計(jì)算有著更廣泛的施展空間，在生命科學(xué)、材料設(shè)計(jì)、氣象氣候研究等學(xué)科中已成為科學(xué)研究的必備工具。

2．體系結(jié)構(gòu)――集群獨(dú)占花魁

HPC常用的體系結(jié)構(gòu)包括MPP（大規(guī)模并行處理）、SMP（對稱多處理系統(tǒng)）、集群等。集群是其中成本最低的一種體系結(jié)構(gòu)，它隨著HPC需求的增加而逐漸流行起來。目前它已經(jīng)成為采用最多的HPC體系結(jié)構(gòu)。

集群就像搭積木一樣，利用商品化的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將各種普通服務(wù)器或者工作站連接起來，通過特定的方法，向用戶提供更高的系統(tǒng)計(jì)算性能、存儲性能和I/O性能，并具備單一系統(tǒng)映象（SSI）特征的分布式存儲并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與SMP、MPP等相比，集群性能價(jià)格比高，可靠性、可擴(kuò)展性、可管理性強(qiáng)，應(yīng)用支持性好等優(yōu)勢都得到了用戶的認(rèn)可。

在2006年TOP500中，最常用的體系結(jié)構(gòu)仍為集群系統(tǒng)，高達(dá)359臺，占系統(tǒng)總數(shù)的72%。2006年的中國TOP100排行榜顯示，超過70%的系統(tǒng)都采用了集群體系結(jié)構(gòu)。值得關(guān)注的是，有26套是刀片服務(wù)器集群系統(tǒng)，HP和IBM分別占有13套和11套。在這26套系統(tǒng)中，有17套用于石油勘探，6套用于網(wǎng)絡(luò)游戲。由此可見，采用刀片服務(wù)器搭建集群將是國內(nèi)HPC應(yīng)用的一大趨勢。

集群系統(tǒng)流行有以下幾個原因：

第一，一方面，行業(yè)應(yīng)用逐漸成熟，并走向標(biāo)準(zhǔn)化，對高性能計(jì)算機(jī)的需求也隨之不斷增長；另一方面，構(gòu)成集群的商品化部件越來越標(biāo)準(zhǔn)化，性能不斷提高，這些都為HPC走上平民化的軌道提供了基礎(chǔ)。而集群是HPC平民化最為合理的實(shí)現(xiàn)方式。專家預(yù)估，集群系統(tǒng)將走向標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)一步推動集群系統(tǒng)的發(fā)展和普及。

第二，集群系統(tǒng)能有今天的地位，很重要的一個原因就是Linux操作系統(tǒng)的發(fā)展。在TOP500中， Linux系統(tǒng)伴隨著集群系統(tǒng)的興起有不凡的表現(xiàn)，1998年只有一套，但是到2005年已經(jīng)達(dá)到371套，占到了TOP500的74.2%。透過TOP500看高性能計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，Linux與集群應(yīng)該是我們需要重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)之一，Linux和集群技術(shù)的日益普及已經(jīng)深刻影響了高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并推動中國高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個泛高性能計(jì)算時(shí)代，俗稱“平民化時(shí)代”。

3．節(jié)點(diǎn)――刀片節(jié)節(jié)上升

刀片服務(wù)器的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。正如上文所言，在高性能計(jì)算領(lǐng)域，刀片服務(wù)器的魅力正在不斷增強(qiáng)。經(jīng)歷了從最初1999年誕生，到其后的虛擬化，以及服務(wù)器整體性能提升和2005年刀片式服務(wù)器的專用化研究，刀片服務(wù)器產(chǎn)品在多核、低功耗、虛擬化技術(shù)的推動下，已完成從最初一味追求高計(jì)算密度的第一代刀片，發(fā)展到了強(qiáng)調(diào)整體綜合性能、高生產(chǎn)力的第三代刀片產(chǎn)品。

中國大慶石油管理局就采用了惠普的HP BladeSystem構(gòu)建了一個包含656節(jié)點(diǎn)的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)部署在大慶油田研究院，集群刀片系統(tǒng)承擔(dān)著地震資料處理的重任，它由1432顆處理器組成的刀片系統(tǒng)組成，浮點(diǎn)計(jì)算能力超過了每秒9.8萬億次，位居中國刀片系統(tǒng)集群榜首。放眼未來，刀片系統(tǒng)必將成為企業(yè)級用戶構(gòu)建適應(yīng)性IT基礎(chǔ)設(shè)施提升競爭力的首選系統(tǒng)。

曙光公司總裁歷軍在一次產(chǎn)品戰(zhàn)略會上表示，刀片系統(tǒng)的用途將不僅僅限于服務(wù)器、存儲等后臺設(shè)備，也許有一天，刀片式的工作站、刀片式的臺式機(jī)也將出現(xiàn)在用戶的面前。刀片系統(tǒng)的管理也不限于后臺，也許網(wǎng)絡(luò)管理員還會通過網(wǎng)絡(luò)管理到每個人的刀片臺式機(jī)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的效能與成本，“一切都是刀片”不是不可能。

中國惠普的陳鳴先生認(rèn)為，用刀片構(gòu)建HPC，相比用機(jī)架式服務(wù)器構(gòu)建HPC，具有幾個優(yōu)勢：可以節(jié)省機(jī)柜空間，系統(tǒng)密度高；節(jié)省電力，刀片系統(tǒng)的能耗明顯比機(jī)架系統(tǒng)低;三容易部署與管理，刀片采用模塊化架構(gòu)，需要就可以插入，沒有太多的線纜，都在機(jī)架內(nèi)完成；集成了網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，可以配置10G光纖通道與InfiniBand等。

未來的兩到三年，刀片式服務(wù)器將以其高密度、快速部署與維護(hù)、全方位監(jiān)控管理融合、高可擴(kuò)展性、高可用性等，全面取代機(jī)架式服務(wù)器，成為高性能計(jì)算中集群體系架構(gòu)所采用的主力。甚至由專家預(yù)言，基于刀片式服務(wù)器的集群系統(tǒng)將從2006年開始快速進(jìn)入市場。

4．操作系統(tǒng)――Linux受到熱捧

在構(gòu)建HPC時(shí)，一般常用的操作系統(tǒng)包括Linux、Unix、Mixed、BSD Based、Mac OS等。Unix大家比較熟悉，包括IBM AIX、HP UX、Sun Solaris等。Unix伴隨著64位RISC處理器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了全盛時(shí)代。高端計(jì)算機(jī)應(yīng)用首先進(jìn)入了“64位RISC＋Unix”計(jì)算的新階段，Unix隨之進(jìn)入了全盛時(shí)期，成為最熱門的技術(shù)，市場容量超過幾百億美元。甚至有人說：“地球是在Unix系統(tǒng)上運(yùn)轉(zhuǎn)的！” Unix的未來前途在高端，它將繼續(xù)在企業(yè)級服務(wù)器、中檔高端服務(wù)器市場中占領(lǐng)先地位。基于BSD的系統(tǒng)與Unix系統(tǒng)類似，而FreeBSD 和 Linux 一樣是個免費(fèi)的，最主要的差異是，Linux是從頭到尾重新發(fā)展的, 而FreeBSD是基于4BSD(柏克來大學(xué)軟件)發(fā)展而來，且FreeBSD是比較封閉的。

不容否認(rèn)，開源的Linux更受用戶歡迎，在HPC中的增長令人刮目相看。從TOP500的數(shù)據(jù)可以看出，HPC操作系統(tǒng)的發(fā)展與變遷。2000年，TOP500中采用Unix占到了65％，而到了2006年，TOP500中采用Linux卻占到了74％。

目前，在2006年下半年的TOP500中，在操作系統(tǒng)方面，Linux仍是應(yīng)用最為廣泛的操作系統(tǒng)，其上漲勢頭較快，從一年前的318臺上升到376臺。而Unix的使用量則相反，降幅很大，從一年前的154臺下降到86臺。另外，TOP500中有32臺機(jī)器使用了混合型操作系統(tǒng)，這也是一個值得關(guān)注的方面。

5．處理器――多核處理器趨熱

在HPC中應(yīng)用的處理器多種多樣，其中包括Intel的Xeon、酷睿Dual Core、安騰，AMD的單核與多核Opteron，IBM的PowerPC、Power，HP的PA-RISC、Alpha，Sun與富士通的SPARC64等。

我們可以為2006年下半年的TOP500中使用的處理器排序。使用最多的仍為Intel處理器，這樣的系統(tǒng)總共有261臺（占總數(shù)的52.2%），與一年前的333臺(占66.6%)相比，呈下降趨勢。使用AMD Opteron系列處理器構(gòu)建的系統(tǒng)達(dá)到了113臺(占22.6%），一年前僅為55臺（占11%），這也使AMD處理器一舉超越了IBM Power處理器，成為TOP500使用第二多的處理器。實(shí)際上，使用IBM Power處理器的系統(tǒng)也出現(xiàn)了小幅攀升，從一年前的73臺增加到93臺。

雙核處理器已經(jīng)得到廣泛使用。在TOP500中有76臺系統(tǒng)使用了AMD Opteron雙核處理器，顯示了Opteron雙核處理器的強(qiáng)大生命力；而31臺采用最新Intel Woodcrest雙核芯片的系統(tǒng)也給人以深刻的印象。同時(shí)，雙核安騰和Power等也被普遍采用，雙核處理器很快就成為HPC的主流。

專家估計(jì)，四核處理器將很快在HPC中應(yīng)用。設(shè)在美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的得克薩斯高級計(jì)算中心（TACC）正與Sun公司聯(lián)合開發(fā)具有超過400Tflops峰值計(jì)算能力的超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于Sun Fire x64（x86, 64位）高性能服務(wù)器和Sun StorageTek磁盤與磁帶技術(shù)；配備13000多個AMD公司預(yù)計(jì)2007年中期開始批量生產(chǎn)的四核微處理器；主存儲容量為100TB，磁盤存儲容量為1.7PB。

6．互聯(lián)――千兆以太網(wǎng)

與InfiniBand雙雄爭霸

網(wǎng)絡(luò)是集群中各個節(jié)點(diǎn)相互連接和協(xié)同工作的基礎(chǔ)。在實(shí)際的集群系統(tǒng)中，通常采用有兩套彼此獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。一套是普通百兆以太網(wǎng)，用于系統(tǒng)管理和文件服務(wù)等普通網(wǎng)絡(luò)通信,另一套是高速網(wǎng)，主要負(fù)責(zé)并行計(jì)算的消息傳遞和數(shù)據(jù)交換。在TOP500中，集群采用的高速網(wǎng)主要有Gigabyte Ethernet、10Gb Ethernet、Myrinet、InfiniBand、PathScale的Infinipath、IBM的SP網(wǎng)絡(luò)、Dolphin SCI、SGI的Numa－Link、Gray的RapidArray等。而集群中使用最廣泛的高速通信網(wǎng)絡(luò)為千兆以太網(wǎng)和InfiniBand。

在2006年的TOP500中，Gigabit Ethernet（千兆以太網(wǎng)）仍然是使用最多的系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)，但采用數(shù)量已經(jīng)從6個月前的256臺下降到213臺。而采用InfiniBand技術(shù)的系統(tǒng)則從6個月前的36臺增長為78臺，顯示出該網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)勁發(fā)展勢頭。

采用千兆以太網(wǎng)的優(yōu)勢在于：千兆以太網(wǎng)提供10倍于快速以太網(wǎng)的傳輸交換性能，并與現(xiàn)有的10/100Mbps以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、CSMA/CD協(xié)議完全兼容，同時(shí)千兆以太網(wǎng)支持以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)的802.1QVLAN標(biāo)準(zhǔn)、802.1p優(yōu)先級標(biāo)準(zhǔn)及802.3x流量控制協(xié)議，將使企業(yè)能夠在升級至千兆性能的同時(shí)，保留現(xiàn)有的線纜、操作系統(tǒng)、協(xié)議、桌面應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)管理戰(zhàn)略與工具；千兆以太網(wǎng)具有更有效的帶寬優(yōu)勢，并且具有良好的發(fā)展空間，10G以太網(wǎng)技術(shù)與基于以太網(wǎng)幀層及IP層的優(yōu)先級控制機(jī)制和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及QoS支持技術(shù)日趨成熟，為高要求服務(wù)質(zhì)量提供了保證基礎(chǔ)。

InfiniBand 完備的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)底層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)借鑒了以太局域網(wǎng)、光纖通道存儲網(wǎng)絡(luò)和廣域網(wǎng)絡(luò)的研究經(jīng)驗(yàn)，因此具有很強(qiáng)的通用性。由于InfiniBand具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、10Gb/s高性能的互聯(lián)、成本低廉、高QoS和RAS性能等諸多特點(diǎn)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。InfiniBand總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是基于分組交換點(diǎn)到點(diǎn)連接的fat tree結(jié)構(gòu)，有很好的擴(kuò)展功能。它既能以PCB的形式提供芯片與芯片的互聯(lián)，還能以電纜線的形式提供“out of the box”設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)。每個單獨(dú)的鏈接通道是4根信號線組成的雙向數(shù)據(jù)通道，雙向理論帶寬是5Gb/s。InfiniBand體系結(jié)構(gòu)中包含5個基本層，自下向上依次是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和上層軟件應(yīng)用層，其中前4層是通過硬件完成的。在InfiniBand結(jié)構(gòu)中還單獨(dú)定義了一個Subnet Manager的概念，它用來配置網(wǎng)絡(luò)單元、錯誤報(bào)告、鏈接錯誤排除、機(jī)箱管理等等。InfiniBand每個單獨(dú)的鏈接通道是4根信號線，2根輸入、2根輸出，每個數(shù)據(jù)方向是2.5Gb/s的帶寬，目前的DDR方式能夠達(dá)到單通道單方向5Gb/s帶寬，在DDR方式下的雙向帶寬是10Gb/s。而且不同的通道之間還可以組合成為一個端口，這樣帶寬就可以成倍的增長。由于目前InfiniBand支持到DDR，所以最高的理論帶寬是60Gb/s。

從近幾年來TOP500中所采用的網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量變化可以看出，Myrinet作為經(jīng)典的高速網(wǎng)絡(luò)在TOP500中一直占有較大份額，但2005年被迅速增長的千兆以太網(wǎng)超過；而InfiniBand方興未艾，從2003年出現(xiàn)以來，每年以大約三倍速增長，發(fā)展勢頭甚至超過了千兆以太網(wǎng)?？梢灶A(yù)測，未來幾年InfiniBand將成為集群高速網(wǎng)絡(luò)的增長點(diǎn)。

7．存儲――需求直線增長

增強(qiáng)計(jì)算能力的重要性不言而喻，因?yàn)榭茖W(xué)家們要依靠計(jì)算機(jī)模型來模擬極端復(fù)雜的現(xiàn)象，如全球氣候變暖、地震運(yùn)動、核聚變以及全球疾病傳播等。計(jì)算機(jī)模擬使科學(xué)家們能夠深入了解這些過程，而這是通過常規(guī)的觀察或?qū)嶒?yàn)無法實(shí)現(xiàn)的。美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會（PITAC）2005年認(rèn)為，強(qiáng)大的計(jì)算能力對于保持美國的經(jīng)濟(jì)競爭力，確保美國在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，以及維護(hù)美國的國家安全，都是至關(guān)重要的。

高性能計(jì)算機(jī)范文第5篇

[關(guān)鍵詞]高性能計(jì)算；數(shù)據(jù)處理能力；石油勘探；云計(jì)算技術(shù)

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.20.055

1 高性能計(jì)算在石油勘探開發(fā)方面的發(fā)展趨勢

1.1 國外的發(fā)展趨勢

目前，高性能計(jì)算機(jī)的性能的速度每年都在快速增長，使其不斷向前發(fā)展，其應(yīng)用由主攻科學(xué)計(jì)算和工程計(jì)算領(lǐng)域，延伸到網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)和商業(yè)自動化領(lǐng)域。

為了提高性能，降低系統(tǒng)功耗，減少占地空間和解決編程和管理較麻煩等問題，高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)在發(fā)展的同時(shí)不斷融入許多新的內(nèi)容。例如，美國，日本和其他國家試圖運(yùn)用科學(xué)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展結(jié)合在一起提供一種新的方法，以此開出一條高性能計(jì)算機(jī)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展道路。同時(shí)，基于網(wǎng)格技術(shù)和以商業(yè)節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)的高性能計(jì)算系統(tǒng)發(fā)展非常迅速，其系統(tǒng)的性價(jià)比高，研制速度快，美國和歐洲的許多國家紛紛在這類高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研發(fā)上投巨資。為了進(jìn)一步提高高性能計(jì)算機(jī)的綜合能力，美國正在研究采用包括超導(dǎo)、光互聯(lián)和超大規(guī)模集成電路等多項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)和工藝。此外，基于量子運(yùn)算的超高性能計(jì)算機(jī)的研究，目前正處于理論階段。

1.2 國內(nèi)的發(fā)展趨勢

（1）標(biāo)準(zhǔn)化和集成化的需求：將集群技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)了高性能計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的快速發(fā)展，同時(shí)集成化的集群技術(shù)，又拓寬了高性能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍。堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化與集成化特性和不斷創(chuàng)新技術(shù)，高性能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用前景會越來越繁榮。

（2）集群式高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展：集群體系結(jié)構(gòu)的高性能計(jì)算機(jī)，指用標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將高性能部件連接起來而形成的?？茖W(xué)計(jì)算、事務(wù)處理和信息服務(wù)應(yīng)用等工作都可以在這個系統(tǒng)平臺上進(jìn)行。其優(yōu)勢在于它性價(jià)比很高并且具有較高的可靠性和可擴(kuò)展性，低成本和易維護(hù)等。隨著計(jì)算機(jī)性能的迅速提升和價(jià)格的進(jìn)一步下降，集群式高性能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用呈現(xiàn)出了蓬勃景象。

（3）網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用：伴隨著高性能計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，是針對復(fù)雜的科學(xué)計(jì)算的一種全新的計(jì)算模式。它主要是通過互聯(lián)網(wǎng)把許多分散在不同地理位置的計(jì)算機(jī)連接起來，形成巨大的高性能計(jì)算機(jī)。該技術(shù)，在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮了很大作用，成效令人矚目。網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)的推廣和應(yīng)用，定會使石油工業(yè)的未來更加繁榮。

2 高性能計(jì)算在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在石油工程中，數(shù)據(jù)的處理不容忽視，一點(diǎn)誤差就會帶來很大的損失，這就要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有非常高的計(jì)算能力，尤其在石油勘探中。石油勘探開發(fā)是石油工程的重要組成部分，將在石油的勘探開發(fā)中采收集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷油儲的分布情況。一般是先根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出數(shù)據(jù)場的等值線，再交由專業(yè)人員分析油的分布，有多少油，可想而知這樣的處理方式必會受到限制。另外等值線是二維的，不能形成三維立體的畫面，結(jié)果浪費(fèi)大量的信息的同時(shí)又沒有得到我們所期望的結(jié)果。如果利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和可視化技術(shù)，就可以從這些龐大的地震勘探數(shù)據(jù)中構(gòu)造出三維實(shí)體，顯示參數(shù)，直觀地再現(xiàn)油藏的地質(zhì)構(gòu)造以及油藏參數(shù)在石油開發(fā)過程中的變化，給專業(yè)人員準(zhǔn)確分析和解釋原始數(shù)據(jù)提供了巨大幫助。這樣的分析將更加準(zhǔn)確，定位更加科學(xué)，降低石油勘探開發(fā)的成本。因此，為了取得勘探的最佳效益，使用高性能計(jì)算處理這些海量數(shù)據(jù)成為必然，這也成為高性能計(jì)算在石油勘探領(lǐng)域高需求的主因。

目前，在石油勘探中從采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、油氣藏描述到開發(fā)、鉆井乃至管理整個油田生命周期和對生命周期的經(jīng)濟(jì)評價(jià)，全都靠計(jì)算機(jī)完成。高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，隨著科技的發(fā)展，不僅應(yīng)用在石油化工領(lǐng)域，在氣象預(yù)報(bào)、核能模擬和生物工程等領(lǐng)域都得到應(yīng)用，取得了顯著的成績。尤其在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，高性能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用占據(jù)了不可或缺的地位，在許多方面象征著高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平。

3 高性能計(jì)算面臨的問題

面對石油勘探行業(yè)的特殊性和復(fù)雜性，高性能計(jì)算如何滿足越來越高要求的數(shù)據(jù)處理能力成為首要任務(wù)。但是目前在計(jì)算性能、系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行成本等方面使得高性能HPC集群計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)面臨著許多問題，主要表現(xiàn)在三大方面：

一是CPU處理器性能無法滿足對計(jì)算能力的需求；

二是石油勘探高速增長的數(shù)據(jù)和存儲擴(kuò)容越來越不匹配；

三是能耗制約越來越嚴(yán)重，高性能計(jì)算機(jī)體積大、耗電多以及對計(jì)算機(jī)房空間、空調(diào)、電量需求大。

總的說來，就是傳統(tǒng)的高性能計(jì)算方法已無法滿足目前石油勘探行業(yè)對計(jì)算能力越來越高的要求和對數(shù)據(jù)處理的大需求，更無法滿足石油勘探發(fā)展與應(yīng)用的需要，這必然導(dǎo)致其會成為制約石油勘探發(fā)展的因素。面對這些嚴(yán)峻迫切的問題，如何盡快找到滿足高性能計(jì)算需求的方法成為石油勘探行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。

4 云計(jì)算破局石油勘探高性能計(jì)算需求

從目前的形式來看，實(shí)現(xiàn)靈活的可伸縮性成為解決石油勘探行業(yè)面臨的三大困境的唯一解決之道。也就是要構(gòu)建滿足石油勘探高性能需求系統(tǒng)的幾大重要點(diǎn)：一是使高性能計(jì)算機(jī)具有可拓展可伸縮性的計(jì)算能力；二是能夠?qū)崿F(xiàn)對相當(dāng)大的存儲容量的負(fù)載和存儲容量的可伸縮性；三是能夠?qū)τ?jì)算能力和資源進(jìn)行更好的管理。因此，許多業(yè)內(nèi)人士將打破石油勘探高性能計(jì)算需求局面的希望投向了云計(jì)算。

其實(shí)，對高性能計(jì)算而言，云計(jì)算這個概念并不陌生。例如存在一種早期的云計(jì)算模式，它把昂貴的計(jì)算資源集中部署和集群應(yīng)用，這就是已經(jīng)發(fā)展近30年的超級計(jì)算中心。但這種高計(jì)算服務(wù)不同于當(dāng)前所談?wù)摰脑朴?jì)算。目前的云計(jì)算是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，這些技術(shù)包括分布式計(jì)算、并行計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、負(fù)載均衡等。其目的是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)把一些較低成本的計(jì)算實(shí)體整合起來，打造一個具有強(qiáng)大計(jì)算能力的系統(tǒng)。如果有效的管理和調(diào)度這些用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算資源，建立一個計(jì)算資源池以服務(wù)用戶，成為云計(jì)算的核心思想。