浅谈超级计算机 15页

浅谈超级计算机1\n目录摘要3一引言3二相关基本理论描述3三超级计算机的结构41.对称多处理(SMP)42.大规模并行处理(MPP)43.机群(Cluster)44.群聚集(Constellations)4四超级计算机的应用及分类51.超级计算机的应用52.超级计算机的分类5五超级计算机的现状51.我国超级计算机现状52.中国最高性能计算机性能63.世界超级计算机现状74.世界顶级超级计算机75.或夺头筹96.相关资料107.峰值性能１２０６万亿次是质的飞跃10六超级计算机的意义及展望121.MPP结构仍是主流体系结构122.SSMP成为开发热点133.向量机继续发展134.NOW结构前景广阔135.亿亿级超级计算机14七参考文献152\n摘要超级计算机是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义。就世界和我国超级计算机的现状、用途分别进行了分析和阐述，并探讨超级计算机的发展方向。关键字：超级计算机概念结构应用分类现状一引言今年5月31日，第35届全球超级计算机TOP500排行榜在德国汉堡举行的SC10大会上发布。一个令华夏儿女自豪的消息随之传来：中国曙光公司制造的“星云”超级计算机以1.27Pflops的Linpack性能和2.98Pflops的峰值性能排名第二！这是我国超级计算机发展史上的又一座新的里程碑！中国超级计算机技术的发展再次引起世人的关注。二相关基本理论描述超级计算机通常是指由数百数千甚至更多的处理器（机）组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。为了帮助大家更好的理解超级计算机的运算速度我们把普通计算机的运算速度比做成人的走路速度，那么超级计算机就达到了火箭的速度。在这样的运算速度前提下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。超级计算机技术已不再是一个新鲜的话题，美国IBM、日本NEC、中国曙光都已推出自己的超级计算机，但比较而言，以美国两院院士、“世界超级涡轮式刀片计算机之父”陈世卿博士为首的专家团队回归祖国后研发出的超级计算机仍然具有绝对的优势。新一代的超级计算机采用涡轮式设计，每个刀片就是一个服务器，能实现协同工作，并可根据应用需要随时增减。单个机柜的运算能力可达460.8千亿次/秒，理论上协作式高性能超级计算机的浮点运算速度为100万亿次/秒，实际高性能运算速度测试的效率高达84.35%，是名列世界最高效率的超级计算机之一。通过先进的架构和设计，它实现了存储和运算的分开，确保用户数据、资料在软件系统更新或CPU升级时不受任何影响，保障了存储信息的安全，真正实现了保持长时、高效、可靠的运算并易于升级和维护的优势。目前（2010年10月）世界最快超级计算机为天津国家超级计算机中心的天河-1A，速度为每秒2.5千万亿次，据悉该计算机采用了逾7000个英伟达生产的图形芯片3\n之上。缺点是由于对公共内存和致扩展能力有限。三超级计算机的结构根据Top500的分类方法,当前超级计算机的体系结构有以下几种。1.对称多处理(SMP)对称式多处理器(SMP)：SymmetricMulti-Processor的缩写。是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU)。各处理器完全相同,平等地访问软硬件资源,处理器间通过总线或者交叉开关相连,共享存储器,但有各自独立的Cache。SMP的优势在于其透明的编程模式,串行程序一般可不加修改直接运行于SMPI/O的竞争,加上维护Cache一致性的开销,导2.大规模并行处理(MPP)MPP指在同一地点由大量处理器构成的并行计算机,一般以通用64位微处理器作为处理节点,多为分布存储方式,节点间通信用消息传递方式,其规模可扩展到数千节点。MPP系统的优点是峰值速度高,并有良好的可扩展性。主要缺点是消息传递能力与节点运算能力难以匹配。3.机群(Cluster)Cluster是用高速互连网络连接起来的一组微机或工作站,各节点都是独立的(有独立完整的内存和操作系统)计算机。互连常采用商用计算机网络(ATM、FDDI、以太网等),采用消息传递方式通信。它具有规模可扩展、性价比高等优点,缺点主要是多操作系统难于管理和维护,而且通信延迟大。机群系统包括下列组件：高性能的计算结点机(PC、工作站或SMP)；具有较强网络功能的微内核操作系统；高效的网络/交换机(如千兆位以太网和Myrinet)；网卡；快速传输协议和服务；中间件层；并行程序设计环境与工具。4.群聚集(Constellations)Constellations指以大型SMP(处理器数目不少于16个)为节点构成的Cluster,各节点间通过高速专用网络互连,也称为机群SMP(Cluster-SMP或CSMP)。新近的巨型机多采用这种结构,如IBMASCIWhite系统由512个节点机构成,每个节点含16个Power3处理器,节点内共享存储,节点间由交叉开关互连。4\n四超级计算机的应用及分类1.超级计算机的应用超级计算机是计算机中功能最强、运算速度最快、存储容量最大的一类计算机，多用于国家高科技领域和尖端技术研究，是国家科技发展水平和综合国力的重要标志。随着超级计算机运算速度的迅猛发展，它也被越来越多的应用在工业、科研和学术等领域。我国现阶段超级计算机拥有量为22台（中国内地19台，香港1台，台湾2台），居世界第5位，就拥有量和运算速度在世界上处于领先地位，但就超级计算机的应用领域来说我们和发达国家美国、德国等国家还有较大差距。如何利用超级计算机来为我们的工业、科研和学术等领域服务已经成为我们今后研究发展的一个重要课题。超级计算机是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义。我国超级计算机及其应用的发展为我国走科技强国之路提供了坚实的基础和保证。2.超级计算机的分类超级计算机可分两类，采用专用处理器或者采用标准兼容处理器。前者可以高效地处理同一类型问题，而后者则可一机多用，使用范围比较灵活、广泛。专一用途计算机多见于天体物理学、密码破译等领域。国际“象棋高手”“深蓝”、日本的“地球模拟器”都属于这样的超级计算机。据统计，500强超级计算机有232个是非专用系统，服务于军事、医药、气象、金融、能源、环境和制造业等众多领域五超级计算机的现状1.我国超级计算机现状作为高科技发展的要素，超级计算机早已成为世界各国经济和国防方面的竞争利器。经过我国科技工作者几十年不懈地努力,我国的高性能计算机研制水平显著提高，成为继美国、日本之后的第三大高性能计算机研制生产国。国家863软件专业孵化器（昆明）基地积极加强与由美国国家工程院院士、美国艺术与科学院院士、世界超级涡轮式刀片计算机之父陈世卿博士领衔的超级计算核心技术和科学家团队的合作，计划引进其拥有完全自主知识产权的具有世界领先技术的超级计算机以及相关行业领域的解决方案，利用超级计算机强大的科学计算、事务处理和信息服务能力，借助其提供信息服务的强大引擎或平台，整合资源，协同作业，解决污染整治对算法、方程、建模、模拟等复杂计算的需5\n求。2.中国最高性能计算机性能2010年10月最新数据天津的天河-1A已经安装完毕，速度全球第一，比第二名的美国国家实验室的计算机快30%，速度达到每秒2.5千万亿次运算(前１０名，截止到2009年11月)1中国“天河一号”超级计算机研制厂商/单位:国防科技大学与天津滨海新区合作研制型号:天河一号(Intel至强5500，ATI的GPU)安装年份:2009应用领域:科学计算处理器数:6144(CPU)、5120(GPU)Linpack值563.TFlopsLinpack来源:C峰值(Gflops):1206000PFlops国防科技大学成功研制出峰值性能为每秒１２０６万亿次的“天河一号”超级计算机。在今天中国高性能计算机TOP100组织公布的2009年度前100强排名中，天河一号高居榜首。实现了我国自主研制超级计算机能力从百万亿次到千万亿次的跨越，使我国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机系统的国家。“天河一号”由国防科学技术大学研制，部署在国家超级计算天津中心，其实测运算速度可以达到每秒2570万亿次。美国橡树岭国家实验室的“美洲虎”超级计算机此前排名第一，在新榜单中，其排名下滑一位。“美洲虎”的实测运算速度可达每秒1750万亿次。排名第三的是中国曙光公司研制的“星云”高性能计算机，其实测运算速度达到每秒1270万亿次。TOP500是全世界最权威的超级计算机排名榜。从1993年起，作为对全球已安装的超级计算机进行排名的权威机构，国际TOP500组织以计算机实测速度(Linpack测试值)为基准，每年两次发布世界上最快的500台超级计算机排名。14日公布的是第36版排行榜。6\n存。3.世界超级计算机现状美国劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence·Livermore）国家实验室内，由IBM设计的蓝色基因/L在测试中以每秒136.8兆的计算速度记录一个高峰值之后恢复了最高点。IBM称，在一次完整的过程中,系统应该有两倍的动力,即峰值表现超过360teraflops。来自德国和美国的研究人员，每年两次颁布动力最为强大的500个计算机的名单。最近的名单出现在德国海德堡举行的国际超级计算机会议上。这些高端计算机都是由各种奇特的制造方法完成，而不是由标准成分组成的。尽管这样，计算机也可以达到一个极高的速度。过去两年，多数接近最高的500个名单的计算机是由普通的电脑硬盘连同新奇的软件组成。但是现在情况不同了，一些系统开始决定这些排名。举例来说,现在的冠军蓝色基因/L,是经过特殊设计的系统，同时合并了空前的65,536个人处理器,再加之可升级的模版设计。此系统不但比传统的系统更有动力而且也比较紧凑避免了供电不足。IBM的汤姆斯J沃森研究中心设计的被称为BGW的蓝色基因机器是本次500名单中的第二名，这进一步说明了此设计理念的正确性。这一系统与蓝色基因/L的模组设计一样，只是有较小的处理器并且只可以记录91.2teraflops峰值处理动力。现在，没有一部在1997年制造的计算机有能力进入最高500名单。高速计算争霸的战争表明：传统计算机处理器与超级处理器的差别。日本政府最近宣布计划赞助一部处理速度高达1000teraflops-或petaflop计算机的发展，希望在2010年之前可以面世.4.世界顶级超级计算机2010年10月最新数据：天津的天河-1A已经安装完毕，速度全球第一，比第二名的美国国家实验室的计算机快30%，速度达到每秒2.5千万亿次运算。全球高性能计算机TOP500排行榜官方网站5月31日发布了最新的“500强”名单，中国首台实测性能超过千万亿次的高性能计算机“星云”跻身世界超级计算机第二位。超级计算机名称开发公司/院校所在机构运算速度（最大）运转速度（峰值）走鹃（Roadrunner）IBM美国洛斯阿拉莫斯国家实验室1105Tflops1456.7Tflops美洲虎（Jaguar）Cray美国橡树岭国家实验室1.059Tflops1381.4Tflops尤金（JuGene）IBM德国尤里希研究中心825.5Tflops1002.7Tflops7\n昴星（Pleiades）SGI美宇航局埃姆斯研究中心487.01Tflops608.83Tflops蓝色基因L（BlueGene/L）IBM美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室478.2Tflops596.38Tflops北海巨妖XT5（KrakenXT5）Cray美国国际计算科学研究院463.30Tflops607.20Tflops蓝色基因P（BlueGene/P）IBM美国阿贡国家实验室458.61Tflops557.06Tflops巡游者（Ranger）Sun美国德克萨斯高级计算中心433Tflops579Tflops曙光(DAWN)BlueGENESDOE/NNSA/LLNL415Tflops501Tflops尤罗帕（JUROPA）Sun德国尤里希研究中心274Tlops308Tflops我国首台千万亿次超级计算机系统——“天河一号”由国防科学技术大学研制成功。在今天中国高性能计算机TOP100组织公布的2009年度前100强排名中，天河一号高居榜首。天河一号超级计算机“天河一号”在科技部的领导支持下，通过与天津市滨海新区密切合作，由国防科大计算机学院承担的国家863计划“千万亿次高效能计算机系统研制”课题的重大成果。该系统突破了多阵列可配置协同并行体系结构、高速率可扩展互连通信、高效异构协同计算、基于隔离的安全控制、虚拟化的网络计算支撑、多层次的大规模系统容错、系统能耗综合控制等一系列关键技术，系统峰值性能达每秒1206万亿次双精度浮点运算，内存总容量98TB，点点通信带宽每秒40Gb，共享磁盘容量为1PB，具有高性能、高能效、高安全和易使用等显著特点，综合技术水平进入世界前列。工作人员在介绍天河一号我国首台千万亿次超级计算机系统的成功问世，是我国高性能计算机技术8\n发展的又一重大突破，是国家和军队信息化建设的又一重要成果，为解决我国经济、科技等领域重大挑战性问题提供了重要手段，对提升综合国力具有重要战略意义。“天河一号”适用于大规模科学与工程计算。国防科大正与天津滨海新区密切合作，将“天河一号”广泛应用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘测和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、气象预报、用数值模拟方法预报台风气候预测、海洋环境数值模拟、短临地震预报、新材料开发和设计、土木工程设计、基础科学理论计算等方面。5.或夺头筹据《纽约时报》28日报道，美国田纳西大学创新计算机实验室每半年发布一次的“世界最快电脑500强”名单即将问世，中国制造的超级计算机“天河一号”可能会夺得头筹。此消息一出，令超级计算机霸主美国心态纠结。美国橡树岭国家实验室超级计算机专家表示，目前没有任何一台超级计算机的运算速度和性能能与“天河一号”匹敌。《华尔街日报》称，中国新研制的超级计算机系统的性能有望在全球夺魁，再次显示出中国日益强大的科技实力可能给美国竞争力与国家安全带来的挑战。据称，评选委员会用自己的标准对中国参选超级计算机“天河一号”进行了测算，发现其运行速度为上代冠军的1.4倍。不过，评奖委员会成员杰克?唐加拉表示：“到11月1日的时候评选才会结束，现在还不能下最后结论。但我个人认为，在评选结束之前，已经不可能有比（中国）这台电脑更快的机器出现了。”美国彭博社称，中国致力于在超级计算机领域投资，以改善气候、基因学、替代能源、地震成像和国防的研究与模拟。自2002年开始在该技术领域投资以来，其高性能计算能力已提高至全球第三，仅次于美国和欧盟。同时，在排名世界前十的超级计算机中，中国拥有两台；相比之下，美国拥有7台。不过，下个月这一数据就会发生变化。据悉，在6月的“世界最快电脑500强”中，中国就占了其中24个席位。据《纽约时报》报道，目前美国已计划制造更快的机器，以推动软件发展，方便研究者使用。等这些计算机出世仍需要数年时间，现在“中国才是王者”。不过，美国著名计算机设计师史蒂夫?沃利奇则表示：“世界不会停止脚步。这只是暂时的情况”。9\n6.相关资料天河一号超级计算机峰值性能1206万亿次双精度浮点数操作，LINPACK实测性能为560.3万亿次。该计算机系统的实测性能数据已经提交国际TOP500进行排名，按照2009年06月的性能数据，天河一号实测性能排列TOP500第四位，峰值性能列第三位。天河一号不仅为国内首台千万亿次超级计算机，而且采用了创新的系统架构设计，达到了很高的能效，达到431.7MFlops/W,排列于Green500第五位。天河一号采用6144个INTEL通用多核处理器和5120个AMD图形加速处理器,内存总容量98TB,点对点通信带宽40Gbps,而共享磁盘总容量则达到1PB。该超级计算机系统将部署于天津滨海新区国家超级计算天津中心作为业务主机。曙光用的是微软的操作系统，“天河一号”的操作系统用的是我们的“银河麒麟”操作系统，在“银河麒麟”操作系统基础上进行改造的。“银河麒麟”是国防科技大学自主研制，目前我国等级最高的操作系统。它是自主研制的，它的内核、很多接口我国拥有自主知识产权；同时，它又能兼容国际上很多操作系统，主要是linux操作系统，因此能够广泛地支持第三方软件。现在“银河麒麟”操作系统是我国商务部的援外产品，像我们对一些友好的第三世界国家出口的计算机上装的都是该系统。7.峰值性能１２０６万亿次是质的飞跃２００８年９月下线的中国第一台超百万亿次超级计算机“曙光５０００Ａ”，运算峰值速度为每秒２３０万亿次。一年后，随着“天河一号”研制成功，中国高性能计算机的峰值性能提升到了每秒１２０６万亿次。这个数字意味着，“天河一号”计算一天，一台配置Ｉｎｔｅｌ双核ＣＰＵ、主频为２．５ＧＨｚ的微机需要计算１６０年。就共享存储总容量而言，“天河一号”的存储量相当于４个藏书量为２７００万册的国家图书馆。“我听到,天河一号?研制成功的消息时很震惊，我们原来预计千万亿次的计算机要到２０１０年底才在中国出现。”中国科学院软件所研究员张云泉说，“这是我国高性能计算机发展史上新的里程。”高性能计算机又称巨型计算机或超级计算机。在超级计算机不断提高运算速度的过程中，千万亿次是一个难以逾越的“瓶颈”。美国早在上个世纪９０年代就提出了做千万亿次巨型计算机的目标，直到２００７年才实现。截至２００９年６月，世界上仅有３台千万亿次的计算机。“国际计算机界认为，从百万亿次提升到千万亿次是一个质的变化，不可能通过单纯扩大规模来实现，而是需要体系结构上的改变。”国防科技大学教授窦文华说，“天河一号”采用了全新的多阵列可配置协同并行的体系结构，从而实现了系统性能的提升。窦文华认为，这种体系结构具备构建下一个量级即万万亿次计算机的能力，将会成为下一代高新计算机的主流结构。千万亿次计算机的10\n出现，为中国高科技计划的实施提供了一个更为广阔的平台。“某些领域的现实需求，已经超出了目前巨型机的能力。”窦文华说，气候预报、环境控制、飞行器设计、系统生物学等领域都需要千万亿次甚至更高性能的计算机。因此，“天河一号”投入使用后，必将推动科学研究的速度。七大技术四大特点打造“中国第一”一台千万亿次的“天河一号”，是否等于１０个百万亿次巨型机之和？中国科学院院士周兴铭说，系统的效能绝不是各单元计算效能的简单叠加。“如果用高性能微处理器直接堆出一个千万亿次的系统，功率会大得惊人，用户可能连电费都付不起，同时机器的可靠性很低，根本无法稳定工作。表面上看,干活?的器件多了，结果却是,三个和尚没水吃?。”周兴铭说，“天河一号”采用７项关键技术，使得“一加一”的结果尽量接近“二”，从而发挥出机器最大的整体效能。这７项技术包括：多阵列可配置协同并行体系结构、高速率扩展互联通信技术、高效异构协同计算技术、基于隔离的安全控制技术、虚拟化的网络计算支撑技术、多层次的大规模系统容错技术和系统能耗综合控制技术。周兴铭介绍说，由于采用了一系列创新技术，这台计算机具有四大特点：——高性能。无论是１２０６万亿次的峰值性能，还是５６３．１万亿次的Ｌｉｎｐａｃｋ实测性能，均位于国内榜首、世界一流。——低能耗。能耗是每瓦电创造的计算效能，“天河一号”目前能效为每瓦４．３亿次运算，与２００９年６月公布的Ｔｏｐ５００（全球超级计算机前５００强）排名第一的美国“走鹃”（Ｒｏａｄｒｕｎｎｅｒ）相当。参照２００９年６月公布的Ｇｒｅｅｎ５００（全球绿色超级计算机前５００强）排名，“天河一号”可以位居第５。——高安全。“天河”实现了不同用户间数据和工作信息的相互隔离。对用户来说，相当于到银行租个保险柜，钥匙掌握自己手里。——易使用。“傻瓜化”的操作界面和菜单、鼠标等常规操作，让机器的使用变得简单。同时，作为一台国际通用的标准化的超级计算机，“天河”上能运行来自各行业的各种程序，不存在兼容性问题。公共服务设施承载三大功能按照工程计划，“天河一号”将于２００９年底至２０１０年在天津市滨海新区落户，成为国家超级计算天津中心的业务主机，面向国内外提供超级计算服务。“天河”工程办公室主任李楠说，“天河一号”在投入使用后将实现三大功能：第一，作为提供超级计算服务的全球公共科研设施，“天河”向国内外用户开放。无论身在何处，用户都可以通过国际互联网使用“天河”进行科学计算；第二，作为产业带动平台，“天河”上集中的当今时代最先进的信息技术将逐步转移到其他产业，从而解决国家与社会发展中的各种问题；第三，作为吸引人才的平台，“天河”将进一步汇聚来自世界各地的尖端技术人才，对国民经济和世界科技的可持续发展作出更多贡献。目前中国的巨型计算机用户主要集中在石油勘探、天气预报、基础研究等领域。上个世纪末期，西方发达国家的汽车、建筑、动漫等行业已经开始普及巨型11\n计算机。“我国对高性能计算机的需求已经进入一个高峰期。”李楠说，“天河”将用于石油勘探数据处理、生物医药研究、航空航天装备研制、资源勘探和卫星遥感数据处理、金融工程数据分析、环渤海生态动力和污染数值模拟、基础科学理论计算等方面。与国家超级计算天津中心同时开始建设的，还有位于深圳的中心。这一南一北两个国家级的超级计算中心，将成为中国高科技发展的重要引擎。超级计算机是否只是科学研究者的“专利”？李楠介绍说，超级计算机的应用与老百姓的生活息息相关，最常见的天气预报就是超级计算的结果。而随着超级计算机的服务能力在未来进一步拓展，很可能会诞生一个庞大的巨型机服务产业，面向个人用户提供服务。“比方说，未来的天气预报可能进一步定时化，个人可以随时询问某个局部区域在某个特定时间段的天气情况。”李楠说。超级计算机会代替人脑吗？如同一场你追我赶的比赛，每过几年甚至更短的时间，全世界超级计算机的运算速度就会刷新一次。超级计算机的能力有极限吗？它们是否会在未来代替人脑？科幻电影中计算机统治世界的故事，让人们对这一古老话题的猜想从未停止。“计算机无法代替人脑。”国防科技大学教授李思昆说，人脑与计算机的一个根本区别在于，人能够发现规律，而计算机只能根据人发现的规律和设计的方法进行计算。李思昆说，超级计算机之所以能与人对弈，就是因为人们把下棋的规律转化成了可以计算的模型。“辩证法认为，世界是有规律的。但还有很多问题比如爱情，人类尚未发现其中的规律，而已经发现的规律中也有可计算的和不可计算的。换句话说，只要人类能够发现规律、并且找到方法把规律变成可计算的问题从而建立起物理和数学模型，计算机就能够替代人类在这些问题中的劳动。”李思昆说。人脑的奇妙性，让科学计算与世界无限未知的哲学命题紧密相连。仅就代数计算而言的话，“天河一号”一秒钟能进行１２０６万亿次计算，人却只能进行大约一次运算。然而，记住对方的长相这样一个人在瞬间就能完成的图像识别工作，计算机却要经历一个极其复杂的并行计算过程。六超级计算机的意义及展望处于信息技术前沿的超级计算机一直是一个国家的重要战略资源，对国家安全、经济和社会发展具有举足轻重的意义。没有强大计算能力的超级计算机，宇宙飞船就不能上天，国家安全就做不到万无一失，基因研究就无法继续，复杂的气象、勘探工作就难以精确。正因为如此，长期以来，我国才投入巨资大力发展超级计算机技术，立足于世界列强。1.MPP结构仍是主流体系结构MPP系统由于突破了冯·诺伊曼机顺序执行的限制，系统性能随处理器数量增加而增强，能最大限度地提高计算速度，并且系统的性价比高，为众多用户创12\n造了使用超级计算机的条件。从最新TOP500排名表来看，峰值速度超过3000亿次的25台超级计算机清一色为MPP系统。由此可见，MPP系统在当今的超级计算机市场已占据绝对优势，成为主流产品。其应用从科学和工程计算领域扩展到事务处理、决策支持等方面。2.SSMP成为开发热点MPP系统的可伸缩性与可编程性一直是一对非常突出的矛盾。NUMA（非均匀存储访问)结构为可伸缩性提供了有效的解决方法，传统的SNIP结构则在可编程性方面具有明显的优势，这两种思想的结合形成了SSMP(可缩放共享存储多处理)体系结构，使可伸缩性与可编程性得到较好的统一，成为实现超级计算机的有效途径之一。3.向量机继续发展20世纪80年代，以Cray系列为代表的向量机一直是超级计算机领域的主流产品，它占据着超级计算机90%的市场。进人90年代以后，由于受物理极限的限制，向量机的时钟周期进一步提高难度很大，加上研制周期长、开发成本高等诸多因素，向量超级计算机开始走下坡路。对此，业界曾有人预言:向量机(包括PVP)已日落西山，最终会被市场淘汰。然而从1998年SGI/Cray和NEC公司的行动来看，向量超级计算机的前途并非如此暗淡。SGI/Cray于2005年6月16日公布了其新的SV1系列向量超级计算机。该系列采用CMOS结构，处理器峰值速度为4GFLOPS，单机柜节点峰值性能达到32GFLOPS，系统在最高配置时峰值性能为1TFLOPS，存储容量达到ITB；运行第十代UNI-COs操作系统，不受“2000年问题”影响。SV1系统的性价比是当前市场领先向量系统的9倍，它是SGI/Cray公司发展超级计算机计划中的一个重要里程碑。4.NOW结构前景广阔通过高速网络将高性能的工作站互连起来，构成支持并行计算的工作站机群系统是获得廉价的巨大计算能力的一种有效方法，它与直接构造MPP系统相比，在结构的可伸缩性、系统的可用性和性价比等多方面有着更大的优势。组成NOW的工作站和互连网络可以是同构的，也可以是异构的；互连网络通常采用LAN，如以太网、令牌环网、FDDI等，也可以采用TM网络。NOW当前的一个主要应用方向是并行Web服务器，由于Internet的迅猛发展，传统的Web服务器难以承受负载的不断增加和负载的多样性，利用NOW对用户提供并行服务，实现分布负载，缩短响应时间，是很好的解决方法13\n5.亿亿级超级计算机自1976年美国克雷公司推出了世界上首台运算速度达每秒2.5亿次的超级计算机以来，突出表现一国科技实力的超级计算机，堪称集万千宠爱于一身的高科技宠儿，在诸如天气预报、生命科学的基因分析、核工业、军事、航天等高科技领域长袖善舞，让各国科技精英竞折腰，目前，各国都在着手研发亿亿级超级计算机。制亿亿级超级计算机势在必行据英国广播公司（BBC）近日报道，美国国防部高级研究计划局（Darpa）正在紧锣密鼓地研制亿亿级（exascale，10的18次方）超级计算机，该计算机每秒能够进行亿亿次（exaflop）浮点运算，其运行速度将是目前世界上运算速度最快的计算机Jaguar（美洲豹）的1000倍左右。Darpa在声明中指出，该研究计划的最终目标是“让计算机彻底改头换面”。据BBC报道，目前，美国能源部橡树岭国家实验室的超级计算机Jaguar的运算速度为每秒1.75千兆次（petaflop，1千兆次即每秒进行10的15次方次浮点运算）。Darpa已经授权英特尔公司、英伟达公司、麻省理工学院、桑迪亚国家实验室等携手打造该超级计算机，Darpa预计原型机将于2018年研制成功。Darpa表示，新超级计算机主要用于分析军事设备和传感器产生的海量数据。新研究项目名为“普适高性能计算（UHPC）”，旨在冲破摩尔定律的藩篱。另据英特尔公司的网站报道，英特尔将联合法国研究机构，建立欧洲Exascale研发中心，共同研发exaflop级别的超级计算机。另外，早在2006年，日本文部科学省就开始致力研制新一代超级计算机，希望于2012年率先研制出亿亿级超级计算机，预定的研发费用为1230亿日元。让超级计算机的运算速度达到每秒亿亿次不仅仅是计算机发展史上的一个里程碑，它也将让很多学科跃上新的高度；让科学家和医生更好地理解海量数据；让科学家研发出新的技术来使云计算达到一定的规模，使庞大的分布式计算机能够模拟现实；帮助研究人员创建三维立体可视图像而非视频游戏来运行无穷无尽的假定推测情景，以此增加细节的精确度，正如电影《星际迷航系列》中的“全息甲板”等。而且，亿亿级超级计算机系统也将在高清晰气候模型的设计和制造、生物能源产品的研制、智能栅格的研发以及熔解能源的设计等方面大显身手。降低能耗和改进软件设计是关键亿亿级超级计算机的能耗成为研究人员关注的焦点，IBM公司深度计算部门的副总裁戴夫·特瑞克在超级计算机大会上表示，Jaguar超级计算机耗能7兆瓦。一台只配置中央处理器处理核心的亿亿级超级计算机耗能约20亿瓦特，相当于一个中等规模的原子能核工厂的耗能，降低能耗将成为研究人员考虑的要点。14\n据BBC报道，美国军方授权研制新一代超级计算机的厂商也需要研制出一种全新的节能芯片，以减少超级计算机的能耗，也有公司考虑使用将加速器与中央处理器相结合的混合方式来达到降低能耗的目的。布兰德强调说，使用加速器是实现亿亿级计算机可行性战略的关键所在，应用软件可以利用加速器来首先迈进亿亿级计算的“大门”。另外，有专家认为，亿亿级超级计算机系统的核心处理器的数量大概在1000万到1亿个之间。特瑞克强调说，运行这么多核心的系统有可能频繁出现故障，必须采取更加灵活有效的方式来重新设计解决这些问题的应用工具。有鉴于此，美国军方正在着力研发全新的计算架构和编程模式，解决传统计算架构遭遇的能源使用问题和计算扩展限制问题。Darpa指出，新超级计算机系统比现有系统“能效高100倍至1000倍，而且性能更高，并且相应的软件编程也比现有的超级计算机系统更容易”。也有研究人员提出，让超级计算机的设计尽可能简单是关键，目前的很多超级计算机设计都很简单，比如，IBM公司的“红杉”超级计算机的大小只有一个上网本的一半，而且也没有暴露在外面的电线。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室先进技术部门助理副主管马克·西格也强调说，设计简洁是关键，亿亿级超级计算机的部件可能比目前的超级计算机要少，IBM公司的蓝色基因L超级计算机（BlueGene/L）嵌制了动态随机存储器、电压调控模组以及千兆位以太网，但是，其设计也非常简洁。新一代超级计算机的成本可能非常高，目前的超级计算机的成本高达1亿美元，即使exascale级超级计算机能够进行工业化的生产，其成本可能为10亿美元左右，这可是一笔巨大的投资。七参考文献《超级计算机》------百度百科《超级计算机》------百度文库《超级计算机的现状、应用及展望》------豆丁网15