浅析高性能计算应用的需求与发展
高性能计算技术的发展趋势与应用
高性能计算技术的发展趋势与应用一、引言随着人工智能、大数据等新技术的发展，高性能计算成为重要的基础设施之一。
本文将探讨高性能计算技术的发展趋势与应用。
二、高性能计算技术的发展趋势1.量子计算的发展量子计算是目前高性能计算技术中的前沿领域。
不同于传统计算机使用二进制编码的方式，量子计算机使用“量子比特”（qubit）进行计算。
目前，全球已有多个国家和企业投入巨资进行量子计算机研发。
2.可编程架构的普及随着大数据时代的到来，对于计算力和算法效率的追求也越来越高。
可编程架构的出现使得高性能计算的软硬件协同发展更加灵活，同时也提高了数据中心的资源利用率。
3.存储技术的普及存储技术的发展对于高性能计算的应用至关重要。
新型存储设备如固态硬盘、光存储等技术的普及，为高性能计算提供了更加可靠的存储设备支持。
三、高性能计算技术的应用1.科学研究高性能计算可以在科学研究方面提供更多的计算资源支持，探索未知的科学领域。
例如经典和量子计算可用于天体物理、材料科学、化学等领域的研究。
2.气象预测气象预测需要大量的计算资源来处理气象数据，高性能计算机可提供高效的计算和加速数据处理能力，从而帮助人们更加准确地预测天气变化趋势。
3.金融风控高性能计算技术在金融领域应用广泛，为金融机构提供了快速、准确的金融风控服务。
例如，高性能计算可用于股票行情数据分析、风险预测等方面。
四、结论高性能计算技术的发展与应用丰富多彩。
未来，随着各项技术的不断提升和创新，高性能计算必将有更广泛的应用和更大的发展前景。
高性能计算在科学计算领域的应用与发展
高性能计算在科学计算领域的应用与发展高性能计算（High Performance Computing，HPC）是指利用强大的计算资源和先进的计算技术，针对科学、工程和商业问题进行快速、大规模的数据处理和计算分析的领域。
在科学计算领域，高性能计算的应用和发展正发挥着越来越重要的作用。
本文将就高性能计算在科学计算领域的应用以及其发展进行探讨。
高性能计算在科学计算领域的应用非常广泛。
首先，高性能计算在物理学领域的应用是一大亮点。
通过高性能计算，我们可以模拟和研究一些极其复杂的物理现象，如宇宙大爆炸、黑洞的形成和演化，甚至是常见的天体运动等。
这些模拟研究不仅为科学家提供了重要的理论依据，也为我们解开宇宙奥秘提供了重要线索。
其次，高性能计算在生物学和医学领域也有着广泛的应用。
在基因研究中，高性能计算可以帮助科学家分析海量的基因序列数据，并进行基因组比对和基因表达数据分析。
此外，高性能计算还可以模拟和分析蛋白质折叠、分子交互和药物研发等方面，为新药的发现和疾病的治疗提供重要支持。
除了物理学和生物学领域，高性能计算在天气预报和气候模拟等环境科学领域也扮演着重要的角色。
天气预报需要通过大规模的气象数据分析和模拟来预测未来的天气变化。
高性能计算的强大处理能力可以加速这一过程，提高天气预报的准确性。
同时，气候模拟需要处理包含地球系统的复杂物理方程组，高性能计算可以帮助科学家模拟地球气候系统的演化和气候变化的影响。
此外，高性能计算还在材料科学、能源研究、金融领域和工程设计等多个领域具有重要应用。
在材料科学中，高性能计算可以加速材料设计和挑选，提高材料性能。
在能源研究中，高性能计算可以模拟和优化能源产业链的各个环节，如燃烧模拟、能源转化设备设计等，为能源的高效利用和环境保护提供技术支持。
在金融领域，高性能计算可以进行金融风险评估、投资组合优化等复杂计算，帮助机构和个人作出更可靠的金融决策。
在工程设计领域，高性能计算可以帮助设计和优化复杂的结构，如飞机、汽车和建筑等，提高产品的性能和安全性。
高性能计算的发展趋势及其应用研究
高性能计算的发展趋势及其应用研究随着计算机硬件技术的不断进步和软件算法的不断优化，高性能计算（High Performance Computing，HPC）在科学研究、工程设计、金融分析、医学影像和生物医学等领域得到了广泛的应用。
在当前的信息时代，高性能计算已经成为国家战略和企业竞争的重要支撑。
本文从发展趋势和应用研究两个方面来探讨高性能计算的发展现状和未来的展望。
一、高性能计算的发展趋势1. 异构计算平台的普及异构计算平台指的是使用不同的处理器结构组合的高性能计算系统，如GPU、FPGA、DSP、ARM等加速器与x86 CPU结合使用。
由于传统的CPU内核发展已经达到瓶颈，异构技术的出现使得计算机的性能和效率得到了大幅提升。
目前，NVIDIA的CUDA与INTEL的Xeon Phi已经成为市场上最为流行的异构平台。
2. 软硬件一体化的发展在计算机系统中，软件与硬件相辅相成，缺失一方将导致机器的性能下降。
为了充分发挥现有硬件的性能，近几年出现了“软硬件一体化”的设计思路。
这种模式可以在硬件层面支持更加复杂、精细的软件算法，与此同时，软件可以充分利用硬件提供的计算能力。
3. 面向数据的高性能计算近十年来，随着数据时代的到来，高性能计算的任务越来越多地转向数据处理。
针对大规模数据的存储、分析、挖掘和可视化需求，高性能计算系统发挥着强大的计算能力。
目前，数据中心计算、高性能存储和网络等领域的技术水平也不断提升，这使得面向数据的高性能计算逐渐成为未来的发展方向。
4. 云计算与超级计算的融合云计算是一种以虚拟化技术为基础，对计算资源（如存储、带宽、计算能力等）进行整合、组合和分配的计算模式。
相比传统的超级计算机，云计算的优势在于弹性伸缩性强、计算资源共享、任务分配更灵活。
未来，云计算与超级计算将会深度融合，成为高性能计算的重要发展方向。
二、高性能计算的应用研究1. 科学研究领域高能物理、气候模拟、核物理、天文学、分子生物学等领域都需要大规模的高性能计算支持。
高性能计算技术的发展与应用进展
高性能计算技术的发展与应用进展随着科技的不断进步，高性能计算技术在各个领域得到了广泛的应用。
它不仅大幅提升了计算机的运算速度和处理能力，也为科学研究、工程设计以及经济发展等领域带来了巨大的便利和推动力。
高性能计算技术的发展源于人类对计算能力的追求。
在计算机刚刚问世的时候，它的存储和处理能力非常有限，无法满足人们日益增长的需求。
于是，科学家们开始致力于提升计算机的性能。
随着技术的不断突破和创新，高性能计算技术应运而生。
高性能计算技术的核心是提高计算机的运算速度和处理能力。
通过优化算法、提高硬件配置和改进软件设计等手段，可以大幅提升计算机的性能。
例如，采用并行计算的方式，可以同时进行多个计算任务，从而提高整体计算效率。
而且，高性能计算技术还能利用分布式计算的方法，将多个计算机连接起来组成一个协同工作的网络，进一步提高计算能力。
高性能计算技术的应用范围非常广泛。
在科学研究领域，高性能计算技术被广泛应用于天文学、物理学、化学、生物学等领域的模拟计算、数据分析和大规模计算等方面。
例如，天体物理学家可以利用高性能计算技术模拟宇宙的演化过程，物理学家可以利用高性能计算技术模拟粒子的运动轨迹和相互作用规律。
这些模拟计算结果不仅可以帮助科学家更好地理解自然现象，还可以为科学发现提供重要的线索。
在工程设计领域，高性能计算技术也发挥着重要作用。
例如，在航空航天领域，工程师们可以利用高性能计算技术模拟飞行器的气动力、结构强度和燃料消耗等参数，从而优化设计方案，提高飞行器的性能和安全性。
类似地，在汽车、电子产品和建筑等领域，高性能计算技术也可以帮助工程师们进行复杂的模拟计算和优化设计，提高产品的质量和竞争力。
除了科学研究和工程设计领域，高性能计算技术还在金融、医疗、交通等领域得到了广泛应用。
在金融领域，高性能计算技术可以通过大规模数据分析，为投资者提供更准确的分析报告和决策依据。
在医疗领域，高性能计算技术可以帮助医生进行疾病诊断和药物研发。
高性能计算的发展与应用
高性能计算的发展与应用随着科技的不断发展，高性能计算的应用越来越普遍。
高性能计算是指利用计算机技术进行大规模数据处理、计算和分析的一种计算方法。
其目的是通过高速的计算和处理能力，为科学、工程和商业等领域提供支持和解决方案。
本文将探讨高性能计算的发展与应用。
一、高性能计算的历史高性能计算的起源可以追溯到20世纪60年代，当时主要用于军事和国防领域的应用。
1976年，美国国家科学基金会推出了一项计算机研究计划，旨在开发大规模超级计算机。
此后，高性能计算的应用范围逐渐扩大，开始应用于气象预测、地球物理学、药物研发等领域。
20世纪90年代，高性能计算的发展进入了一个新的阶段。
随着商业应用的需求不断增加，高性能计算开始向商业领域拓展。
同时，随着微处理器和并行计算技术的发展，高性能计算的性能也有了巨大的提升。
二、高性能计算的技术发展高性能计算的技术发展走过了从单处理器到多处理器、从单机到集群，再到现在的全球超算共享和云高性能计算等不同阶段。
其中，多处理器和集群技术是高性能计算的两个重要的里程碑。
多处理器技术主要是指在一台计算机中同时使用多个中央处理器（CPU）运行程序。
这种技术能够显著地提高单台计算机的计算能力。
但是，多处理器机器的构造和管理都非常复杂，而且价格昂贵。
此外，多处理器机器的编程也比较困难。
集群技术则是将多台计算机联合起来作为一个整体进行计算。
这种技术不仅能够提高计算能力，而且还能够实现计算资源的共享，节约成本。
此外，集群技术的编程相对易于实现。
近年来，云计算和大数据技术的出现也为高性能计算的应用带来了新的机会和挑战。
云高性能计算能够以更为灵活的方式提供计算资源，以满足不同场景下的需求。
同时，大数据技术也为高性能计算提供了更丰富的数据来源和分析能力。
三、高性能计算的应用高性能计算在科学研究、工业制造、金融和医疗保健等领域都有广泛的应用。
在科学研究领域，高性能计算的应用主要涉及到天体物理、气象学、生物学、地球科学等领域。
高性能计算系统的研究和应用
高性能计算系统的研究和应用随着科技的不断发展，高性能计算系统已经成为了各个领域的必备工具，在天气预报、基因组测序、模拟计算等众多领域都发挥着重要的作用。
而高性能计算系统的研究和应用，也已成为众多科学家和计算机专家们所关注的热点。
在本篇文章中，我们将会探讨高性能计算系统的研究现状、应用场景以及未来发展趋势等方面的内容。
一、高性能计算系统的研究现状高性能计算系统是指具有超常规计算能力的系统，这种系统可以利用众多计算机节点的并行计算处理能力，完成大规模的计算任务。
在当前，高性能计算系统的研究受到了各个学科领域的广泛关注。
从学术研究角度来看，目前高性能计算系统的研究可以分为两个部分：算法设计和硬件架构优化。
算法设计算法设计是高性能计算系统研究的核心之一。
随着计算机性能的提高以及各种应用场景的需要，科学家们不断提出新的计算算法。
这些算法旨在利用并行计算的优势，使计算任务更加高效和精确。
比如，基于GPU的计算技术、并行模拟技术、基于大数据的分布式计算等，都是目前算法研究的热点内容。
硬件架构优化硬件架构优化是高性能计算系统研究的另外一个方向。
在这方面，研究者主要关注如何优化计算资源的利用效率。
比如，在处理超大规模数据时，存储带宽和内存带宽常常成为瓶颈。
为了解决这一难题，目前研究着重于探索更高效的存储带宽和内存带宽技术，比如3D存储技术、高速缓存技术等。
二、高性能计算系统在各个领域的应用高性能计算系统在很多领域都发挥着重要的作用。
下面我们分别来介绍这些领域。
天气预报天气预报需要大量的数据和复杂的计算。
高性能计算系统可以更好地处理这些数据，提高天气预报的准确度。
比如，美国气象局使用的Cray XC30超级计算机就可以进行每天至少4次的全球气象模拟计算，为天气预报和气候研究提供强有力支持。
基因组测序基因组测序需要数百万甚至数千万的CPU时钟周期。
高性能计算系统的并行计算优势可以减少测序所需时间和成本。
同时，也能更准确和全面地分析基因组数据，为医疗研究和疾病治疗提供更好的支持。
高性能计算机的发展与应用前景
高性能计算机的发展与应用前景高性能计算机被认为是当今世界研究科学、工程技术和商业应用的重要基础设施之一，它的快速发展和广泛应用为多领域的科学研究和社会发展带来了无限的可能性。
本文将从高性能计算机的历史发展、技术创新、应用领域等方面展开，探讨高性能计算机的未来发展和应用前景。
一、历史与现状高性能计算机（High Performance Computing, HPC）的历史可以追溯到上世纪60年代，随着微处理器的发明和单处理器性能的提高，高性能计算机的发展取得了长足的进展。
从最初的多处理器机群、向量计算机、并行计算机，到今天的众核处理器、加速器、云计算等技术的发展，高性能计算机的性能不断提升，应用场景也不断拓展，成为科学研究、工程设计、商业计算等领域的重要工具。
目前，高性能计算机常用的指标是Top500榜单上的排名，该榜单每年发布两次，记录了全球最快的500台超级计算机。
2021年6月发布的最新榜单中，中国占据了前四名，其中第一名的“神威·太湖之光”拥有高达125.4亿亿次的计算能力。
可以看出，高性能计算机在全球范围内的竞争格局已经不再是西方国家垄断的局面，中国等新兴国家也在不断加快自主研发和应用的步伐。
二、技术创新高性能计算机的技术创新是推动其发展的重要动力。
一方面，新型的处理器架构、内存芯片、硬件加速器、高性能存储介质等硬件技术是目前高性能计算机的主要发展方向。
另一方面，软件技术的革新也对高性能计算机的性能提升和应用拓展产生了重要的推动作用。
例如，可编程网格计算模型（PGAS，Programmable Global Address Space）能够充分利用分布式内存架构，实现高度并行计算的效果，进一步推动了高性能计算机的发展。
三、应用领域高性能计算机在物理、化学、生物、气象、地震、金融、航空航天等领域的应用日益广泛。
例如，在天气预报方面，高性能计算机能够模拟更加准确、实时的天气模型，例如中国气象局使用的“天河一号”超级计算机，能够在8小时内进行50年的气候变化预测。
高性能计算的应用与技术
高性能计算的应用与技术高性能计算是指利用大规模并行处理机，通过并行计算技术和分布式存储技术，以及其他相关技术手段，在有限时间内，达到处理大量数据、实现高负载处理的目的。
高性能计算已经广泛应用于计算机科学、工程、天文学、气象学、生物学、医学、金融等领域。
本文将着重探讨高性能计算的应用和技术。
一、高性能计算的应用高性能计算的应用领域非常广泛，以下是其中几个重要的应用领域：1. 气象学高性能计算可广泛应用于气象学，解决气象学模拟和预测问题。
其中，最出名的就是大气环流模拟，包括热带气旋的形成、演变和消散、降水和风速分布等。
气象学的模拟需要在大量计算机上实现并行计算，以达到预测准确性和可信度。
高性能计算在气象学中的应用，为预测台风、暴雨等天气问题提供了重要帮助。
2. 生物学生物学是一个多学科交叉应用的科学，可应用高性能计算来模拟、分析和研究生物大分子的结构、功能、相互作用等问题。
生物学研究问题的复杂性和规模远远超过了传统的计算方法所能处理。
高性能计算可以将复杂的计算分解成小块，并将其并行处理。
因此，高性能计算在生物学领域中具有广泛的应用，不仅可以模拟复杂分子的动态性能，还可以对分子设计进行分类、验证和分析。
3. 天文学天文学是一个高精度科学领域，需要各种天文数据的计算和模拟。
高性能计算技术使得这种数据处理和模拟变得更加有效。
高性能计算在天文学中的主要应用包括：恒星形成、星系动力学、黑洞等从天文观测数据中推导出的宇宙演化等。
4. 金融金融方面的数据处理，往往涉及到海量数据和复杂的计算过程。
高性能计算技术在金融领域中的应用，不仅可以处理复杂的金融数据，还可以进行风险分析和财务分析。
金融工程需要从大量的市场和交易数据中提取信号，对成交量、价格涨跌等情况进行统计分析，从而预测市场走势。
高性能计算可以处理更多的数据，尽可能精确的预测市场的未来走势。
二、高性能计算的关键技术高性能计算的应用离不开先进的技术手段，以下是其中几个重要的技术：1. 并行计算技术并行计算是指将一台机器的大计算任务分成多个小任务并行计算，以大大缩短处理时间。
浅析高性能计算应用的需求与发展
浅析高性能计算应用的需求与发展【摘要】本文阐述了高性能计算的概念，中国高性能计算的现状和发展趋势，随后，本文进一步分析了国内高性能计算应用的需求，针对目前高性能计算的应用，本文最后分析了高性能计算应用需求的展望。
【关键词】高性能计算；应用；需求；发展一、前言高性能计算的应用为国内的科技发展做出了诸多的贡献，因此，国内也在致力于拓展高性能计算的应用范围，从而希望进一步的促进高性能计算的发展，为我国的科学技术的不断发展提供技术支持。
二、高性能计算概述高性能计算(HPC) 指通常使用很多处理器（作为单个机器的一部分）或者某一集群中组织的几台计算机（作为单个计算资源操作）的计算系统和环境。
有许多类型的HPC 系统，其范围从标准计算机的大型集群，到高度专用的硬件。
大多数基于集群的HPC系统使用高性能网络互连，比如那些来自InfiniBand 或Myrinet 的网络互连。
基本的网络拓扑和组织可以使用一个简单的总线拓扑，在性能很高的环境中，网状网络系统在主机之间提供较短的潜伏期，所以可改善总体网络性能和传输速率。
三、中国高性能计算的现状与发展20 世纪90 年代以来，随着”神威”、”银河”、”曙光”、”深腾”等一批知名产品的出现，我国成为继美国、日本之后的第三个具备高性能计算机系统研制能力的国家，被誉为世界未来高性能计算市场的”第三股力量”。
我国在高性能计算机研制方面取得了较好的成绩，掌握了研制高性能计算机的一些关键技术，参与研制的单位也由科研院发展到企业界，有力地推动了高性能计算的发展。
目前，我国的高性能计算环境已得到重大改善，总计算能力与发达国家的差距逐步缩小。
我国的高性能计算技术拓宽了我国科学技术研究的深度和广度，提高了我国工业的生产效率，同时也节约了很多生产成本。
我国的高性能计算技术目前主要在石油行业、天气预报、核能模拟、生物工程等领域得到了广泛的应用。
但是中国高性能计算的应用还不够广、不够深入，应用水平和应用效率都比较低下。
高性能计算技术的发展与应用
高性能计算技术的发展与应用随着科技的不断进步，高性能计算技术在各行各业得到了广泛的应用。
它可以加快计算速度，解决复杂问题，并开辟了新的研究领域。
本文将从几个方面探讨高性能计算技术的发展与应用。
首先，高性能计算技术在科学研究中起着重要的作用。
科学家们需要进行大量的数据分析和模拟实验，以便更好地理解自然界的规律。
而传统的计算方法往往需要消耗大量的时间和计算资源。
但有了高性能计算技术，科学家们可以通过并行计算的方式，同时进行多个计算任务，极大地提高了计算速度。
例如，在天文学研究中，研究人员可以利用高性能计算技术模拟和分析星系的形成和演化过程，揭示宇宙的奥秘。
其次，高性能计算技术在工程领域的应用也日益广泛。
随着工程规模的不断扩大和工艺的不断复杂化，工程计算的需求也越来越高。
高性能计算技术可以帮助工程师们进行各种模拟和优化，提高产品的可靠性和性能。
例如，在飞行器设计中，航空工程师们可以利用高性能计算技术进行空气动力学分析和结构强度计算，优化飞行器的设计，提高飞行性能和安全性。
此外，高性能计算技术还在医学和生物科学领域发挥着重要的作用。
随着基因组学的发展和医学研究的深入，科学家们需要进行大规模的基因测序和分析。
而高性能计算技术可以帮助他们处理海量的基因数据，进行基因组拼装和基因功能预测，加快生物医学研究的进展。
同时，高性能计算技术还可以应用于医学影像处理和临床决策支持，为医生们提供更准确和快速的诊断结果。
当然，高性能计算技术的发展还面临着一些挑战。
首先，如何提高计算机的并行计算能力是一个重要的方向。
传统的计算机架构在处理并行计算任务时效率不高，需要进行优化和改进。
其次，如何处理大规模数据也是一个持续的挑战。
随着数据量的不断增加，如何高效地存储和处理数据成为了一个关键问题。
此外，高性能计算技术的应用还面临着安全和隐私保护的问题，需要研究人员们加强技术防护和制定相关政策。
总之，高性能计算技术的发展为各行各业带来了巨大的机遇和挑战。
高性能计算技术的研究现状与未来发展趋势
高性能计算技术的研究现状与未来发展趋势高性能计算技术是指通过利用超级计算机或者并行计算机系统，实现对大规模数据进行高速处理、解决复杂计算问题的技术。
它在科学研究、工程设计、金融分析、天气预报等各个领域起到重要作用。
本文将探讨高性能计算技术的研究现状以及未来的发展趋势。
一、研究现状1. 阶段性成果在过去的几十年里，高性能计算技术取得了显著的研究成果。
随着硬件技术的不断发展，超级计算机的运算速度和存储容量得到了极大的提升。
同时，优化算法和并行计算技术的应用也使得计算效率大幅提高。
这些阶段性的成果为高性能计算技术的发展创造了坚实的基础。
2. 应用领域扩展高性能计算技术不仅仅应用于科学研究领域，如天体物理学、量子化学等，还扩展到了社会生活的各个领域。
例如，在天气预报中，高性能计算技术可以帮助气象学家分析庞大的气象数据，提高预报准确率。
在金融领域，高性能计算技术可以帮助投资者进行大规模的风险分析和交易策略优化。
这些应用领域的扩展为高性能计算技术的研究提供了更多的机会和挑战。
二、未来发展趋势1. 多核处理器技术随着技术的发展，传统的中央处理器(CPU)已经遇到了性能瓶颈。
为了进一步提高计算性能，多核处理器技术已经成为高性能计算领域的一个重要研究方向。
多核处理器可以同时执行多个任务，实现更高效的并行计算。
未来，随着多核处理器技术的不断发展和成熟，高性能计算技术将迎来新的突破。
2. 人工智能与高性能计算的结合人工智能正在成为当今科技领域的热门话题，而高性能计算技术在人工智能领域也发挥着重要作用。
通过利用高性能计算技术提供的强大计算能力，可以更快速、更准确地训练深度学习模型，解决人工智能应用中的大规模计算问题。
因此，未来高性能计算技术与人工智能的结合将会成为研究的重点。
3. 异构计算技术为了进一步提升计算性能，异构计算技术也成为高性能计算领域的一个发展趋势。
异构计算是指利用不同类型的计算设备（如CPU和GPU）协同工作，以实现更高效的计算。
高性能计算技术的发展和趋势
高性能计算技术的发展和趋势随着计算机技术的不断进步，高性能计算技术已经成为当今世界各个领域都必不可少的部分。
高性能计算是一种为了解决复杂的计算问题而使用超级计算机、集群计算机以及GPU等设备提高计算速度和效率的技术。
在大规模数据处理、生命科学、天气预报以及工程设计等领域，高性能计算被应用得非常广泛。
那么，高性能计算技术的发展趋势究竟是什么呢？一、性能持续提升高性能计算能力的不断提升是高性能计算技术发展的主要趋势之一。
能够提供10拍级别计算能力的超级计算机出现在1980年代，而现在我们已经迈入了拍级别的超级计算机时代。
例如，2020年11月，中国科学院国家天文台在国际天文学领域单位时间内使用的最大计算能力中位数排名第二，甚至领跑全球。
这也说明了，在当今高速发展的数字时代，高性能计算技术已经成为各行业快速发展所必需的基本条件。
二、人工智能与高性能计算的结合随着人工智能领域中深度学习技术的不断发展，高性能计算与人工智能技术之间的结合变得越来越密切。
例如，NVIDIA开发的GPU可以在较短时间内处理大规模未标记数据，解决了传统CPU 计算缓慢的问题。
2018年的国际数据竞赛便通过使用GPU深度学习技术实现了物体识别的高效率辨识，吸引了世界各地的参赛队伍。
未来，随着人工智能的深入发展，高性能计算的结合将进一步推动人工智能技术的加速应用。
三、云计算的兴起云计算技术在当今科技领域发展得迅速。
众所周知，高性能计算的设备量之多，维护和更新成本非常高。
借助云计算技术，机构可以在不额外承担硬件费用等方面的压力下，利用高性能计算资源完成数据计算和模拟技术计算任务。
云计算可以将数据分散存储于各个节点上，实现大数据环境下的分布式计算和储存，进一步节约成本，并有效降低了传统计算资源之间的物理距离所带来的延迟问题。
四、超级计算机系统的架构升级高性能计算技术依赖于计算机硬件和软件的架构，因此，超级计算机系统架构升级也是高性能计算技术发展的一个方向。
高性能计算技术在信息科学中的应用与发展
高性能计算技术在信息科学中的应用与发展近年来，随着信息科学的迅速发展，高性能计算技术逐渐成为信息科学领域的重要支撑。
高性能计算技术以其强大的计算能力和高效的算法，为信息科学带来了许多创新和突破。
本文将探讨高性能计算技术在信息科学中的应用与发展，以及未来的发展趋势。
一、高性能计算技术在数据处理中的应用在信息科学中，数据处理是一个重要的环节。
随着数据量的不断增大和数据复杂性的提高，传统的数据处理方法已经无法满足现代信息科学的需求。
高性能计算技术在数据处理领域发挥了巨大的作用。
通过并行计算和分布式计算等技术，高性能计算可以实现大规模数据的高效处理和分析，从而为信息科学研究提供了强有力的支撑。
二、高性能计算技术在模拟仿真中的应用在信息科学中，模拟仿真是一项重要的研究工具。
通过模拟仿真，可以对现实世界中的各种现象进行模拟和预测，从而帮助科学家更好地理解和解释这些现象。
高性能计算技术的应用使得模拟仿真能力大大提高，可以处理更为复杂和庞大的数据，并通过高效的算法和并行计算技术加速计算速度，加快了研究的进展。
三、高性能计算技术在人工智能中的应用人工智能是当前信息科学领域的热门研究方向之一。
高性能计算技术在人工智能的发展中发挥了重要作用。
人工智能涉及大量的数据处理和模式识别等计算任务，而高性能计算技术可以提供强大的计算能力和高效的算法来解决这些问题。
例如，深度学习是目前人工智能发展的前沿技术之一，它需要进行大量的矩阵计算和神经网络模型训练，而高性能计算技术可以加速这些计算，提高人工智能系统的性能和效率。
四、高性能计算技术在网络安全中的应用随着网络技术的发展，网络安全问题变得日益突出。
高性能计算技术在网络安全领域的应用越来越受到重视。
高性能计算技术可以通过并行计算和分布式计算等方式，对大规模网络数据进行实时监测和分析，以发现和阻止网络攻击和恶意行为。
同时，高性能计算技术还可以通过强大的计算能力和高效的算法，提高密码学和加密算法的安全性，保护网络通信的隐私和机密性。
高性能计算技术在科学计算中的应用与发展
高性能计算技术在科学计算中的应用与发展近年来，随着科学研究日益复杂和计算资源需求的增加，高性能计算技术在科学计算中的应用变得愈发重要。
高性能计算技术通过利用并行计算、分布式计算和超大规模集群等手段，能够大幅提升计算效率和数据处理能力，为科学界开辟了新的发展空间。
本文将探讨高性能计算技术在科学计算中的应用领域、发展现状以及未来的发展趋势。
高性能计算技术在科学计算中有广泛的应用领域。
首先，天文学领域是高性能计算技术的重要应用领域之一。
高性能计算技术成为了现代天文学研究的基石，为天文学家提供了大规模天体模拟的能力，从而研究星系演化、宇宙大尺度结构以及黑洞等重要天文现象。
其次，物理学领域也是高性能计算技术的关键应用领域。
例如，在粒子物理学研究中，高能正负电子对撞实验需要处理大量的数据和复杂的计算模型，而高性能计算技术能够为该领域提供高效的数值计算方法和实验模拟平台。
此外，生物医学领域也依赖于高性能计算技术来处理大规模的基因组数据、生物模拟和药物筛选等应用。
因此，高性能计算技术在科学计算中具有广泛的应用领域和巨大的潜力。
在高性能计算技术的发展过程中，分布式计算和并行计算是两个核心技术。
分布式计算通过将任务分割成多个小任务，并在多台计算机之间进行协作计算，以提高计算效率。
并行计算则采用多核心、多处理器或多台计算机并行运算的方式，实现对大规模数据集的快速处理。
这些技术的发展是高性能计算技术不断提升计算能力和性能的关键。
近年来，高性能计算技术取得了巨大的进展。
由于计算机硬件的提升，如多核处理器的广泛应用和存储器容量的增加，高性能计算的速度和能力也得到了大幅提升。
另外，云计算和大数据技术的快速发展也为高性能计算技术提供了新的发展平台。
云计算提供了高性能计算的灵活和可扩展性，使得科学家和研究人员可以在云端租用高性能计算资源，极大地降低了科学研究的门槛。
大数据技术则提供了处理海量数据的能力，使得高性能计算技术能够更好地处理科学研究中的大数据集和复杂计算问题。
高性能计算技术的应用探讨
高性能计算技术的应用探讨随着计算机技术的不断发展，高性能计算技术越来越成熟，应用也越来越广泛。
高性能计算技术是指通过基于并行计算的硬件和软件系统，能够提升计算机系统的计算速度和处理能力，使得计算机能够处理大规模数据、大量计算和复杂计算的技术。
本文将从几个方面探讨高性能计算技术的应用。
一、高性能计算技术的研究领域高性能计算技术主要用于科学计算、计算机视觉、语音识别、机器学习、自然语言处理等领域。
科学计算是高性能计算技术的主要应用领域之一，包括天气预报、空气污染预测、地震模拟、气候变化研究等。
计算机视觉、语音识别、机器学习、自然语言处理等人工智能领域也是高性能计算技术的重要应用领域。
二、高性能计算技术的应用领域1. 天文学领域高性能计算技术在天文学领域的应用包括宇宙大规模结构的模拟、天体运动计算、天体物理学数值模拟、宇宙演化模拟等。
大规模宇宙结构模拟可以帮助我们深入了解宇宙的发展历程和演化轨迹。
天体物理学数值模拟可以研究恒星的形成、演化和爆炸等问题。
宇宙演化模拟可以模拟整个宇宙的演化，揭示宇宙的本质和规律。
2. 生物医学领域高性能计算技术在生物医学领域的应用包括分子动力学模拟、药物设计、基因序列分析等。
分子动力学模拟可以模拟生物分子的运动状态和相互作用，从而对生物分子的结构和性质进行研究。
药物设计可以根据生物分子的相互作用设计出一些新型的药物，提高药效和减少副作用。
基因序列分析可以用来研究基因的结构、功能和调控。
3. 航空航天领域高性能计算技术在航空航天领域的应用包括飞行模拟、结构分析、气动力计算等。
飞行模拟可以模拟飞机的飞行状态和动态响应，实现飞行安全和航班效率。
结构分析可以用来研究航天器结构的性能和耐久性，保证航天器的安全运行。
气动力计算可以研究飞机的气动特性，提高飞机的飞行性能和稳定性。
三、高性能计算技术的挑战和发展趋势高性能计算技术的挑战主要来自于系统性能的提升、能源效率的优化、应用软件的优化等方面。
高性能计算的应用技术和发展
高性能计算的应用技术和发展随着计算机技术的飞速发展，高性能计算（High-Performance Computing，HPC）也得到了迅猛的发展，成为科学家和工程师进行各种计算和应用的重要方法和工具。
本文将从应用技术和发展两个方面来探讨高性能计算的相关内容。
一、应用技术高性能计算的应用技术包括并行计算、大数据处理、人工智能等几个方面。
1. 并行计算并行计算是高性能计算的核心技术之一。
它利用多台计算机同时进行计算，可以显著提高计算速度。
目前，常用的并行计算技术包括共享内存、分布式内存和混合内存等。
在共享内存架构中，所有计算资源都可以访问共享内存，这提高了计算效率。
在分布式内存架构中，计算资源被分配到多台计算机上，各个计算机之间通过网络互相通信，完成计算任务。
在混合内存架构中，共享内存和分布式内存相结合，同时利用多台计算机和大量内存资源，提高了计算速度。
2. 大数据处理随着信息时代的到来，数据量呈现爆炸式增长，处理大数据成为了许多领域必不可少的任务。
高性能计算和大数据处理是紧密联系的。
大数据处理需要高性能计算的支持，同时高性能计算也可以通过大数据分析来优化算法和提高计算效率。
在大数据处理中，常见的技术包括数据挖掘、数据分析、机器学习和深度学习等。
3. 人工智能人工智能（Artificial Intelligence，AI）是计算机科学中的热点领域之一。
随着机器学习和深度学习的发展，人工智能技术在高性能计算中的应用越来越广泛。
人工智能技术可以帮助计算机自主地进行学习和决策，提高计算效率和预测精度。
在高性能计算中，人工智能技术主要应用在图像识别、自然语言处理、语音识别和智能机器人等领域。
二、发展趋势高性能计算技术在不断发展中，未来的发展趋势主要包括以下几个方面。
1. 超级计算机随着计算机技术的不断发展，越来越多的国家开始开展超级计算机的研究和制造。
超级计算机利用高性能的计算资源和先进的软件技术，可以完成复杂的计算和模拟任务，支持更广泛的应用。
高性能计算在科学计算中的应用探索与实现
高性能计算在科学计算中的应用探索与实现高性能计算（High Performance Computing，HPC）在科学计算领域中扮演着重要的角色。
随着科学技术的不断进步和计算能力的提升，高性能计算的应用范围和效果也得到了极大的拓展。
本文将探索高性能计算在科学计算中的应用，并讨论其实现过程。
1. 高性能计算在科学研究中的应用高性能计算被广泛应用于各个科学领域，包括天文学、化学、物理学、生物学等。
其中，天文学领域的天体模拟、化学领域的分子动力学模拟、物理学领域的粒子物理模拟以及生物学领域的基因组测序分析等都离不开高性能计算的支持。
在天文学领域，高性能计算可以模拟宇宙的演化过程，研究宇宙大尺度结构的形成和演化规律。
通过超级计算机的运算能力，科学家们可以模拟成千上万颗恒星的运动轨迹，从而更深入地理解宇宙的本质。
在化学领域，高性能计算可以模拟分子间力场的相互作用，分析化学反应过程的动力学行为。
通过计算机模拟，科学家们可以预测分子结构和性质，加速药物设计过程，帮助开发新的药物。
在物理学领域，高性能计算可以模拟粒子物理实验，研究基本粒子的性质和相互作用。
通过模拟和计算，科学家们可以更好地理解宇宙中最基本的构成和力学规律，推动物理学的发展。
在生物学领域，高性能计算可以处理大规模的基因组数据，分析基因的结构和功能。
通过计算机的计算能力，科学家们可以挖掘巨大的基因组数据背后的信息，发现新的基因、解析疾病的遗传机制，并为精准医学的发展提供支持。
2. 高性能计算的实现过程高性能计算的实现过程通常包括硬件和软件两个方面。
在硬件方面，高性能计算需要使用专门的超级计算机或高性能计算集群。
超级计算机通常由大量的处理器、内存和存储单元组成，以实现并行计算和大规模数据处理。
高性能计算集群则由多台计算机通过高速网络连接在一起，共同完成计算任务。
在软件方面，高性能计算需要使用并行计算的软件工具和算法。
并行计算是指将计算任务拆分成多个子任务分别在不同的处理器上执行，通过充分利用计算资源实现计算的并行化。
高性能计算在科学领域的应用与发展
高性能计算在科学领域的应用与发展一、引言随着科学技术的迅猛发展，科学研究的计算需求越来越大。
在过去的几十年中，高性能计算逐渐成为科学研究的利器，广泛应用于各个领域。
本文将重点探讨高性能计算在科学领域的应用与发展。
二、高性能计算的基础和特点高性能计算是指利用高度并行处理器和大规模集群系统进行科学计算的方法。
其基础是计算机科学、数值分析和并行计算等领域的知识，通过充分利用计算资源和数据处理能力，以提高计算速度和精度为目标。
高性能计算具有以下特点：1. 并行计算能力强：高性能计算利用并行计算机系统，将计算任务分解成多个子任务进行计算，以提高计算效率。
2. 存储和传输速度高：高性能计算系统配备了大容量内存和高速网络带宽，可以快速访问存储系统以及高效传输数据。
3. 大规模计算能力：高性能计算系统能够同时处理大量的数据和计算任务，满足科学研究中对大规模计算能力的需求。
三、高性能计算在物理学领域的应用物理学是自然科学的基础学科，高性能计算在物理学研究中具有重要作用。
在物理学领域，高性能计算常被用于以下方面：1. 粒子物理学研究：高能物理实验中产生的海量数据需要通过高性能计算进行分析和处理。
例如，在粒子物理学中，通过模拟粒子加速器和宇宙射线等物理过程，以探索宇宙的基本组成和运动规律。
2. 凝聚态物理研究：凝聚态物理研究需要对材料的微观结构和性质进行模拟和计算。
高性能计算可以承担这种大规模、高精度的计算任务，帮助科学家研究材料的物理性质和相变过程。
3. 天体物理学研究：天体物理学研究需要对星系演化、宇宙大爆炸等复杂过程进行模拟和计算。
高性能计算系统提供了快速准确的计算能力，可以帮助物理学家探索宇宙的形成和演化过程。
四、高性能计算在生物学领域的应用高性能计算在生物学领域的应用也日益广泛。
生物学研究需要处理大量的生物信息数据和复杂的计算模型，高性能计算可以帮助生物学家进行多样化的研究，如：1. 基因组学研究：高性能计算可以处理测序数据、序列比对等任务，加速基因信息分析和基因功能预测，帮助科学家揭示生命的本质和进化。
高性能计算应用需求与发展分析.docx
高性能计算应用需求与发展分析“高性能计算应用”是当下我国重要发展应用模式之一，具有较大的意义影响。
然而现阶段有关我国高性能计算应用的需求与发展研究不多，基于该问题现状，要求行之有效的方法对其进行分析研究，如高性能计算应用在经济发展中的需求、高性能计算应用在生产建设中的需求、实现“大数据”经济分析、实现生产效率质量提升等，本次研究对高性能计算应用的需求与发展进行分析，有十分重要的理论意义。
1高性能计算应用概述随着我国综合国力不断提升，科学信息技术也不断突破，其中最为代表性的为“高性能计算应用”。
高性能计算应用不是单一片面简单应用，而是更为科学、合理的系统布局。
通过对国内外相关文献及资料整理研究发现，高性能计算应用具有较为具体的泛指内涵，主要包括高性能计算应用、高性能计算机技术，二者从功能发挥、互相促进等方面密切相关。
首先，高性能计算机及相关技术的创新研发，为其高性能计算应用奠定坚实基础与前提。
一旦缺乏其高性能计算机及相关技术，高性能计算应用就无法有力落地及发展。
其次，高性能计算应用的物质设备来源于“高性能计算机及相关技术”。
主要包括：计算设备、存储设备、网络设备等，这些都对高性能计算应用起到极为重要的保障作用。
同时，从变相促动发展的角度来讲，高性能计算应用也为其计算机及相关技术发展创新提供“动力”推动。
主要是因为高性能计算应用的涉及领域、使用范围都较广、较多，例如：物质材料领域、生物信息领域、军工核武领域、气象天气预报、医疗及工业领域都有其高性能计算应用的体现。
最后，基于当下我国经济快速发展及科学技术水平不断提升，加大对高性能计算机及实际应用的技术突破，从多方面、多角度对其技术层面进行研发，为更好的推动社会发展及科技升级打下重要基础。
2高性能计算应用及相关技术的研发形成随着我国市场经济建设迅猛发展，科学技术水平也不断与之提升。
其中，最为代表性的为计算机科学及相关技术发展。
高性能计算机的研发与形成是通过无数实验与探索而实现，高性能计算机的前身为“向量计算机”。
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计算机研究与发展ISSN 100021239ΠCN 1121777ΠTPJournal of Computer Research and Development 44(10):1640～1646,2007 收稿日期5;修回日期3 基金项目国家科技基础条件平台建设基金项目(5DK 6);国家自然科学基金项目(6533);国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目(5B3);国家“八六三”高技术研究发展计划基金项目(6,66)浅析高性能计算应用的需求与发展赵 毅 朱 鹏 迟学斌 牛 铁 曹宗雁(中国科学院计算机网络信息中心 北京 100080)(zhaoyi @scca s 1cn )A Br ief Vie w on Requirements an d Development of High Per f or mance Comput ing Applica tionZha o Y i ,Zhu Peng ,Chi X uebin ,Niu Tie ,and Cao Zongyan(Computer Networ k Informa tion Center ,Chinese Academy o f Sciences ,Beijing 100080)Abstra ct Wi th t he development of HPC (high performance c omput ing )technologies ,HPC has been used to solve t he problems of scientific research and i ndust ry product ion in more and more fields 1HPC applications have developed rapi dly i n many scientific fields and boosted significant t echnology i nnovat ions 1Since 2004,t he Supercomputi ng Center of CAS (t he Chi nese Academy of Sciences )has i nvestigated t he HPC application requirement s of the Elevent h Five 2Y ear Plan i n CAS several ti mes 1The total HPC requirement s of CAS have been calculated based on t he collect ed detail requi rement s in each applicat ion field 1The result s pr ovide references for buil di ng the HPC environment and developing t he HPC applications of t he Elevent h Fi ve 2Y ear Plan in CAS 1In t his paper t he state 2of 2art s in t he research and development of HPC applications is briefly i nt roduced ,the progress of building HPC environment and developing HPC applications i n CAS i s described ,and t he HPC a pplication requirement s of the Elevent h Five 2Y ear Plan i n CAS are also analyzed 1Finally ,t he pr ospect of HPC application development is presented 1K ey w or ds HPC application ;high performance comput er ;gri d ;requirement ;development摘 要 高性能计算应用在高性能计算技术的支持下为科技创新做出了巨大贡献,并且和高性能计算技术在相辅相成中不断发展1自2004年以来,中国科学院计算机网络信息中心超级计算中心针对中国科学院在“十一五”期间的高性能计算需求在全院范围内开展了多次调研活动,对中国科学院在“十一五”期间高性能计算的整体需求及各应用领域需求的分布情况有了比较全面的了解,其调研结果对“十一五”中国科学院高性能计算环境建设和高性能计算应用的发展具有良好的借鉴作用1首先介绍了国内外高性能计算应用的发展现状,并结合中国科学院高性能计算环境建设和高性能计算应用的发展情况,分析了“十一五”中国科学院高性能计算的应用需求,最后对我国高性能计算应用的发展前景进行了展望1关键词 高性能计算应用;高性能计算机;网格;需求;发展中图法分类号 TP3381 国内外高性能计算应用发展概况回顾计算机问世半个多世纪的历史,高性能计算应用与高性能计算机技术的发展密不可分1一方面,高性能计算机的研制为高性能计算应用提供了强大工具和物质基础,应用开发也推动了高性能计算机本身的发展1高性能计算应用涉及核武器研究、核材料储存仿真、石油勘探、生物信息技术、医疗和新药研究、计算化学、气象、天气和灾害预报、工业:2007-02-2:2007-07-0:200A 40020020200C 21702200AA01A117200AA01A11过程改进和环境保护等诸多领域1高性能计算机成为推动科技创新、社会进步的重要工具1111 高性能计算机研制推动应用的发展经过近半个世纪的发展,高性能计算机从最初的向量计算机,历经对称多处理机(SMP)、大规模并行处理机(MPP),一直发展到机群系统(cl uster)和星群系统(c onstellation),实现了飞速发展1万亿(Tflops)、百万亿乃至千万亿(Pflops)次的高性能计算机将逐渐进入人们的视野1第29届全球高性能计算机TOP500排行榜[1]中,排名第1的美国能源部劳伦斯-利弗摩尔国家实验室的I BM蓝色基因ΠL Linpack性能为28016Tflops,峰值性能达到367Tflops;排名第2的美国橡树岭国家实验室升级的Cray XT4ΠXT3Linpack性能为10117T flops,峰值性能约为11914Tflops;排名第3的美国能源部桑地亚国家实验室的CRAY“红色风暴”Linpack性能为10114Tflops,峰值性能约为12714Tflops;排名第4的IBM托马斯沃森研究中心的IBM eServer蓝色基因系统Linpack性能为91129Tflops,峰值运算性能约为11417Tflops;安装在纽约计算中心的I BM eServer蓝色基因系统排名第5,Linpack性能约为82116Tflops,峰值性能约为10312Tflops1前3名高性能计算机系统的Linpack性能和前5名的峰值性能均突破了百万亿次(100Tflops)1近两年,关于研制千万亿次高性能计算机的讨论日渐火热1美日两国更是在千万亿次高性能计算机的研制上进行了激烈的竞争,相继推出千万亿次机器的研制计划1例如日本Riken高性能计算中心和NEC针对生化领域的MDGRA PE23,预计在2008年安装在美国能源部橡树岭国家实验室的Cray Baker和I BM的蓝色基因ΠP计划等1目前预计千万亿次系统将在2009～2011年间集中涌现1在我国,千万亿次高性能计算机的研制也提上了议事日程1根据“十一五”高性能计算机研发计划,我国将在2008年完成2台百万亿次高性能计算机系统的研发,并适时推出千万亿次高性能计算机1高性能计算机性能的提高必将推动应用的发展1在美国,高性能计算主要用于核武器研究、国家防御、国家安全、能源与环境、生物科学、地球科学、材料科学、天文学、药物设计、物理化学、电子器件及金融领域1日本的高性能计算主要为重大的科学探索和研究服务,如地球模拟器主要用于大气与海洋模拟、固体地球模拟、多尺度模拟等1欧盟国家投资高性能计算主要鼓励生命科学、信息技术、纳米技术、天文和空间科学、食品质量和安全、可持续发展等项目1我国高性能计算以经济发展为目的,涉及气象数值模拟与预报、地震预报、生物信息、药物设计、环境科学、空间科学、材料科学、计算物理、计算化学、流体力学、地震三维成像、油藏数值模拟、天体星系模拟、金融、制造等众多领域1112 高性能计算应用促进科技创新和社会进步随着研究的深入和竞争的加剧,各领域越来越多地使用高性能计算技术来解决科研和生产中的实际问题1高性能计算应用的发展不但促进了科技创新,也促进了社会的进步1高性能计算应用发展水平逐渐成为衡量一个国家综合国力和国际竞争力的重要指标1国外的高性能计算应用已经具有相当的规模,在各个领域都有比较成熟的应用1在政府部门大量使用高性能计算机,能有效地提高政府对国民经济、社会发展的宏观监控和引导能力,包括打击走私、增强税收、进行金融监控和风险预警、环境和资源的监控和分析等1在能源领域,世界上石油公司通过高性能计算机处理石油勘探数据,为能源的发现提供支撑1在工业产品设计领域,采用先进的计算机仿真手段指导设计,大量地减少原型机试验,缩短研发周期,节约研究经费1对很多大型企业来说,采购成本是总成本的重要组成部分,福特等集团用高性能计算机构造了一个网上集市,通过网络连到它的3万多个供货商,这种网上采购不仅能降低价格,减少采购费用,还能缩短采购时间1此外,制造、后勤运输、市场调查等也都是高性能计算机大显身手的领域1高性能计算应用为我国的科技创新做出了巨大贡献1近年来,我国对大规模科学计算和高性能计算都给予了极大的重视和投入1国家“九七三”计划和“八六三”计划均有对高性能计算方面的大量投入,计算机界的许多学者也认识到应用的重要性,特别对高性能计算应用给予了高度的关注1在传统的高性能计算应用领域如国防安全、核爆模拟、石油勘探、天气预报、洋流研究等有了更大的进展1在新兴的应用领域,如生物信息、基因、纳米材料、微电子、工业产品设计和制造等方面也有了很快的发展1在信息处理,政府、金融、流通等领域纷纷用高性能计算机处理海量数据[2]1113 网格是高性能计算应用发展的新趋势世纪网络化是高性能计算应用最重要的趋势,网格()已经成为高性能计算的一个新的研究热点1用美国网格计算领导人F的话来说,1461赵 毅等:浅析高性能计算应用的需求与发展21gri doster“网格是构筑在互联网上的一组新兴技术,它将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体,为科技人员和普通百姓提供更多的资源、功能和交互性,让人们透明地使用计算、存储等其他资源”[3]1在网格方面美国大大领先于其他国家,美国当前对于网格研究的支持可与其70年代对Internet 研究的支持相比,10年后可望普及到国民经济和社会发展的各个领域1TeraGrid是由美国国家科学基金会发起,由9个超算中心和国家实验室针对科学研究中出现的资源共享、合作研究等问题提出的1 Tera G rid利用高性能网络,将分布在全国的高性能计算机、高端科学仪器、数据资源连接在一起,具有超过102Tflops的计算能力和15PB的存储能力1其他国际上比较知名的网格还有欧盟的E GEE、英国的e2Science和环太平洋网格应用与中间件联盟PRAGMA等1我国对网格技术的研究也给与大力支持,“十五”“八六三”计划的高性能计算专项和软件专项等重大科研项目都与网格技术有关1中国国家网格(Chi na National G rid,CN G rid)就是“八六三”计划“高性能计算机及其核心软件”重大专项支持建立的网格示范平台[4]1CN Grid一期项目有8个计算结点遍布全国六大城市,总计算能力达到16Tflops,存储能力达到200TB,已经支持科学研究、资源环境、制造业和服务业的11个行业应用,包括资源环境网格、航空制造网格、气象网格、科学数据网格、新药研发网格、森林资源与林业生态工程网格、生物信息网格、教育网格、城市交通信息服务网格、仿真应用网格和国家地质调查网格12 从超级计算中心看高性能计算应用需求与发展 面对暴雨、海啸、洪水、地震、SARS等不可预知的自然、社会挑战以及各种商业风险,世界各国均倾注大量人力、物力、财力资源推动本国高性能计算的发展,我国政府、企事业、科研单位也在积极推动高性能计算机应用的普及1中国科学院(简称中科院)非常重视高性能计算环境建设和高性能计算应用的发展,对发展我国高性能计算事业起到巨大推动作用1中科院计算机网络信息中心超级计算中心(简称超级计算中心)秉承“面向科研领域、立足服务社会、提供优质服务、推进并行事业”的方针,承担中科院高性能计算软硬件环境建设任务,推动高性能计算应用的发展,为中科院内外用户提供高性能计算服务和技术支持,在高性能计算环境建设和高性能计算应用方面取得了一定的进展1211 高性能计算环境建设“十五”期间,中科院在高性能计算环境建设方面取得显著成就,实现了跨越式发展1从几十亿次的S GI Power Challenge X L(1996年)到近百亿次的日立SR2201(1998年)和逾千亿次的国产曙光20002II(2000年),直至5万亿次的国产联想深腾6800超级计算机(2003年),计算能力大幅提高1深腾6800是超级计算中心现有最重要的计算资源,用户多,应用范围广,在科学计算应用中发挥了重要作用1至2007年6月,深腾6800有正式用户191个,平均整体使用率为90%,最高时达到9612%,系统一直处于满负荷运行状态1与高性能计算环境配套,S GI onyx350可视化系统帮助用户处理分析深腾6800上获得的海量数据,是高性能计算环境中不可缺少的重要组成部分1同时,以开发高性能计算环境的科学计算与系统应用软件,建设有自我特色的高性能计算环境为目的,通过基础并行软件平台、系统应用软件与工具平台和科学计算平台这三大平台的建设,最终建立起了一个与硬件环境相配套、较为完备而有明显自我风格、基于网格的高性能计算软件环境1212 高性能计算应用进展深腾6800的应用领域涉及气象数值模拟与预报、地震预报、生物信息、药物设计、环境科学、空间科学、材料科学、计算物理、计算化学、流体力学、地震三维成像、油藏数值牛拟、天体星系模拟等,其中70%以上的应用课题受到“八六三”、“九七三”、国家自然科学基金、百人计划、院创新等国家重点项目资助,在院内外的科学计算中发挥了重要的作用,并作为国家网格项目北方区主结点与上海超级计算中心及全国其他省市的大型计算机实现了异地互联1以高性能计算环境为基础,超级计算中心积极与院内外的多家单位合作,取得了一系列引人注目的应用成果1与中科院力学所非线性力学国家重点实验室(LNM)和中国地震局合作的应用课题“非均匀脆性介质破坏的共性特征、前兆与地震预报”,在成功预测年和5年中国大陆地震以及南亚地震方面取得了引人瞩目的成果,并且由超级计算中心帮助完成的并行化LU RR地震预报程序已经按照国2461计算机研究与发展 2007,44(10)2004200家地震局的要求移植到地震局的计算环境中,将在我国中长期地震预测预报中发挥重要作用;与中科院武汉测量与地球物理研究所合作的应用课题“地球重力场仿真系统研究”,其成果在2005年珠峰重新测高中发挥了重要作用;与中科院生态环境研究中心和中国气象科学研究院合作的应用课题“大规模科学计算在生态环境研究中应用”,其成果为北京市城市规划提供了科学依据;与中科院空间科学与应用研究中心合作的应用课题“灾害性空间天气数值预报模式的初步应用开发”,参与了“双星计划”,为中国航天事业发展做出了贡献;与中科院过程工程研究所合作的应用课题“大规模并行粒子模拟通用软件平台的开发与应用”,其成果已经在工业应用中(如宝钢)取得显著成效1213 高性能计算应用需求为满足国民经济发展的需求,高性能计算的需求正在迅速增长1尤其是在基础科学领域,对计算的需求永无止境,而且性能越高的计算机越能产生高精度高时效的成果1目前,深腾6800一直处于满负荷运行状态,折射出下一步高性能计算环境建设的更大需求和更高目标12004年开始,超级计算中心结合中科院“1+10”创新基地和重点学科的部署,重点对过程工程、空间科学、计算化学、药物设计、材料科学、地球科学、环境科学、生物信息、流体力学、高能物理等11个应用领域开展了多次“十一五”高性能计算应用需求调研,下面分别从研究方向需求、计算需求、应用软件需求和可视化需求方面对调研结果进行具体分析11)研究方向需求“十一五”期间各领域用户都对高性能计算提出了需求,例如化学工程中复杂系统的结构研究、空间环境灾害性天气变化规律的研究、有机发光材料的研究、禽流感、艾滋病等重要病毒及重要疾病的药物筛选、纳米电子器件的研究、地幔对流的数值模拟、大规模地震波的数值模拟、癌症样品相关基因的测序及突变分析等1这些项目的主要来源为国家自然科学基金、“八六三”计划、“九七三”计划及科学院项目1各领域的主要研究方向如表1所示:T a ble1 The Pr imar y Resea rc h Aspects of E a ch Appl i cat ion Field表1 各应用领域主要研究方向Application Field Research AspectProcess Engineering Chemical Engi neering,Molecular Simulation,Green Chemist ry Space Science Space W eat her,Space Enviro nm ent,Ast ronautics,C o mm unicationC omputational Chemist ry Quantum Chemist ry,Phys ical Chemistry,Mat erial,Organic Chem i s t ry,Molecular Dynam i cs, Nonadiabatic Dynam ics,Quant um Inform ationDrug Design Drug Des i gnMat erial Science Nanoelect ronics,Molecular Elect ronics,Optoel ect ronics,Surface Science,S pi nt ro nics,S canning Tunneling Microscop y,Nano Mat erialEart h Science Eart hquake Mechanics,Eart hquake Prediction,Geodesy,G eophysics,Geodynam ics,Marine Dynam i cs, Physical Oceanography,S oli d Eart h Geop hys icsEnvi ronment al Science Ocean C i rculation S i mulat ion,G lobal Environ m ental Change,Met eorology,Energy,Numerical Weat her Forecas tBioi nform atics Bioi nformatics,G ene Flow&Fluid Mechanics Flow&Flui d Mechanics High Energy Phys ics Hi gh Energy Phys ics Ot hers Parall el Hierarchical Gri d 2)计算需求计算需求调研包括用户对内存大小、存储大小和CPU机时的需求1为统一表述用户的计算需求,我们以深腾6800为参照对每个用户的计算需求换算为每年所需CPU机时数,并进一步转换为计算性能(Tflops)来表示1此外,还对用户单个大作业对高性能计算机计算能力的需求进行了调研1根据目前的数据统计,所有应用领域计算机时需求每年约为313亿U小时,换算成计算性能约为19816Tflops,用户单次计算对计算能力的最大需求为6716Tflops1目前,用户的计算需求已远远超过现在超级计算中心能提供的计算能力,很多大型应用都要求超级计算中心提供服务1因此,“十一五”期间超级计算中心至少要引进一台百万亿次(100Tflops)的高性能计算机和与之配套的大容量存储设备,进一步提升中科院高性能计算环境的水平,满足大规模与超大规模数值模拟计算的应用需求,为院2S及“+”创新基地建设服务13461赵 毅等:浅析高性能计算应用的需求与发展CP e cience110T a ble2 The Requirement List o f Computing表2 计算需求调查表Application Field Mem ory(G B)Sto rage(G B)C PU Hours(CPU H ours)Performance(Tflops) Process Engineering41762010486760002913 Space Science4352100300203366401212C omputational Chemist ry319219609098400515Drug Des ign1024100100116313607Mat erial Science906655366436802211 Eart h Science5770136390355679162114Envi ronment al Science2512160400550753603311 Bioi nform atics1360540200346875802019Flow&Fluid Mechanics75003600541440003216High Energy Phys ics51251202000000012 Ot hers1000010104100000215To tal41304105174532996093619816 3)应用软件需求科学计算方面的软件很多,超算中心在深腾6800上购置和配备了大量的应用软件1如Intel的C、Fort ran编译器、Tot alview,V TUN E调试工具、LAPAC K,MK L等各种数学函数库,还有化学计算软件G aussian03、密度泛函计算软件ADF2004及非线性动力分析有限元程序ANSYS L S2D Y NA等1“十一五”期间各领域用户除了对计算提出需求外,对计算过程中所需要的应用软件也提出了各自的需求,超级计算中心将根据用户的具体需求,挑选、购买并安装用户需求多的商用和开源应用软件1各领域具体的软件需求如表3所示:T a ble3 The Requirement List o f Sof tw ar e表3 软件需求调查表Application Field S oft ware Requirem entProcess Engineering G romacs,dlpoly,M1DynaMix,GAUSSIAN03,FL UENT613,FEPG512,PHOENICS316,CFX516,Material St udioSpace Science To tal ViewC omputational Chemist ry G aus sian,VASP,WIEN2K,CAST EP,Chemshell,Molpro,C HARMM,Jaguar,Insight II,Turbom ole, AM PAC,Gro m acs,Amber,DOC K,CPMD,AbinitDrug Des ign G romacs,Amber,Charmm,DOC K,CPMDMat erial Science VASP,CAST EP,AB INI T,Bskan,Gaussian,Transiest ac,S iesta,Bs t at e,ADF,C PMD,Gro m acs,AMB ER, Ens i ght,VMDEart h Science Matl ab,G AM IT,GM TEnvi ronment al Science p gf,G lobus,Unico re,GR A PES,mm5,matl ab,grads,ncl,vis5dBioi nform atics Blas t,Clustal w,hmm,t2c offee,3D2coffee,Dali,Modeller,PHD,Zdock,FASTA,PHIL IP Flow&Fluid Mechanics FFTWHigh Energy Phys ics Li near Algebra PAC K ageOt hers PAPI,PETS c,HYPR E,SuperL U-DISTScientific Vi sualization AVS,Tecplot,IDL,Material s St udio,VMD,Rasm ol,Opendx,p4vasp,GrADS,G M T 4)可视化需求可视化需求方面重点对计算化学、生物信息学、气象学、材料科学、地球科学、空间科学、过程工程等学科领域的个研究组的可视化需求进行了调研,其中有6个研究组提出了对超级计算中心可视化硬件、软件与服务等方面具体的需求1在可视化硬件方面,需要提供至少32个结点,每个结点配有专业图形卡(纹理内存5MB),其总内存超过8G B,总计算能力达到5Tf,同时配备大屏幕显示墙14461计算机研究与发展 2007,44(10)27 112 14lo ps在对可视化软件方面,需要AVS,Tecplot,IDL, Mat erials St udio的可视化模块等商业软件,同时也需要VMD,Rasmol,opendx,p4vasp,G rADS,GMT 等开源软件1在提供可视化服务的需求方面,主要包括:①可视化后台批处理1用户对可视化过程的交互没有要求,在可视化过程中根据给定参数生成动画或一系列图片1②远程交互式可视化1用户对可视化过程进行交互,不断地根据自己的需要更改参数,并对感兴趣的部分加以进一步处理1巨大的数据量决定了可视化处理必须借助于高性能计算机,而用户与高性能计算机的异地分离又导致必须远程使用1③远程实时可视化1这类需求特点是在计算模拟的过程中,要求以可视化的方式动态展示计算过程13 高性能计算应用发展展望高性能计算的最终目标是应用1为了更好地完成预定的大规模科学计算任务,不仅要有好的高性能计算机,还要有与之相匹配的高质量的高性能应用1但是,目前我国高性能计算机的实用效率还停留在较低的水平,应用水平低成为高性能计算的薄弱环节[5]1我国的高性能计算事业要走可持续均衡发展的道路,如何使当前的建设成果充分发挥其效益并可持续发展,改善应用水平较低的现状,是我们必须思考的问题1我国对加强高性能计算环境和超级计算中心建设一直给予高度重视和大量投入,但是高性能计算环境建设不能盲目地以追求计算机峰值为目的,而是以应用需求为向导,以应用水平为依据,针对不同应用的计算特点,引进不同体系结构的计算机系统1在高性能计算环境建设中,还需要软件和硬件建设并重,优化编程模型和并行算法,改进操作系统、编译器等系统软件,加大自主软件的开发和集成力度,使高性能计算环境真正发挥应有的作用1在高性能计算环境运行过程中,需要加强管理,对作业进行合理调度,提高系统利用率1高性能计算机的问世给科学研究及工农业生产等带来了前所未有的发展,同时对用户使用计算机也提出了更高的要求1高性能计算机规模的不断扩大、多核处理器的出现都加大了用户使用计算机的难度1针对拥有多处理器(核)的高性能计算机系统,开展操作系统多核版本的研究、多级并行编程模型、软件工具和编译器的开发、现有M I,O M 编程模型的优化,并行算法的改进等工作,对提高应用软件在多核(≥16核Π节点)、流计算(I BM Cell, GPU)等下一代计算机系统上的运行效率至关重要1并行应用的可扩展性也是百万亿次、千万亿次大规模计算机系统面临的一个很大的挑战1只有开发易于使用的高性能计算机系统,进一步优化系统配置,根据用户的使用特点实现按需定制,降低高性能计算机的使用门槛,才能提高高性能计算机的实用效率1高性能计算应用的目标往往是解决综合性、系统性的复杂问题,涉及问题抽象、模型建立、并行算法、并行编程、应用测试等多个领域1因此,加强既懂专业知识又懂计算科学的复合型人才的培养,及不同学科科技人员之间的交流与合作是当务之急1此外,需要积极拓展多种形式的国内外合作,建设各领域的应用网格系统,实现高性能计算资源的整合与共享,提高资源利用效率,为全国更多的用户提供高性能计算应用服务,推进中国网格技术与应用的发展1参 考 文 献[1]TOP500Superc o m p ut ing S it es[OL]1htt p:ΠΠwww.top500.org,2007[2]Li G enguo,G ui Yadong,Li u Xin1The briefly view on funct i o nsand status of high performance computation[J]1Com p ut erApplications and S oft ware,2006,23(9):3-4,18(i n Chi nese)(李根国,桂亚东,刘欣1浅谈高性能计算的地位及应用[J]1计算机应用与软件,2006,23(9):3-4,18)[3]Zheng Y amei1Applications and pro s pect s of grid t echnology[J]1Journal of Liaoni ng Educational Administ ration Ins t it ut e,2005,22(2):129-130(i n Chines e)(郑亚梅1网格技术的应用及展望[J]1辽宁教育行政学院学报,2005,22(2):129-130)[4]L u Zho nghua1Chi na national gri d develops succes sfull y[N]1Chi na Computer Users,2005205230(i n Chinese)(陆忠华1国家网格步入佳境[N]1中国计算机用户,2005205230)[5]Hou Xiaowen,Zhang Li nbo,Zhang Yunquan1St at e2of2artanalys i s of high performance application soft ware on do m estict era2s cale Linux cl us t er system[J]1C omputer Engineeri ng,2005,31(22):81-83(i n Chines e)(候晓吻,张林波,张云泉1万亿次机群系统高性能应用软件运行现状分析[J]1计算机工程,2005,31(22):81-83)Zha o Yi,born in19761Engineer1Her mainresearch interests:High performa nce cluster,administration and application of clustery1赵 毅,6年生,工程师,主要研究方向为高性能机群系统、机群管理与应用15461赵 毅等:浅析高性能计算应用的需求与发展P pen P s stems197。