高性能计算技术发展
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1 使 中 国成 为 继 美 、日后 国 际 上 少 数 能 自主 研 制 HP , C 机 的 国家之 一 。2 1 0 0年 8月 国 防科 技 大学 为 “ 家 超级 国
位 。高 性 能计 算 机 与 高 性 能 计 算 技 术 被 认 为是 美 国 国
家 的制 高 点 技 术 , 届 政 府 都 高 度 重 视 , 点 发 展 。克 历 重 林 顿 总 统 时 代 , 力 推 进 HP C( g e fr n e 大 C Hih P ro ma c
其惊 人 的高 指 标 依 靠 大 量 、 量 的 C U 大 规 模 并 行 计 巨 P
算来 获 得 。CP 及 计算 机各 种 主 要 部 件 均 由专 业 的 I U C 公 司设 计 制 作 供 货 。大 规 模 CP 的机 内 互 连 网 络 , U 也 有 专业 公 司设 计 制 作 供 货 , 著 名 的 I f i a d公 司 , 如 ni B n n 又 便宜 又好 , 不 需 自 己做 了。 系 统 软 件 , L n x问 也 自 iu
・ 24 9 ・
I ie e ilPa r nv t d Sp ca pe
C i eeJo r a f Na u e Vo 33 h n s u n lo t r 1 No. 5
.
C U 的时 代 过 去 了 。新 一代 的超 级计 算 机 HP P C即基 于
2 高 性 能 计 算 机 的发 展 历 史
( 自行 撰 机 ) 成 本 也 低 , 大 推 进 了 HP 的 普 及 和 使 , 大 C
制 、 理 、 信 、 字 处 理 、 息 处 理 、 像 处 理 、 频 处 管 通 文 信 图 视 理等等( 虽然 完 成 这 些 非 “ 算 ” 能 , 然 依 靠 计 算 机 计 功 仍
核 心 的 计算 功 能 ) 。尽 管 如 此 , “ 算 ” 终 是 计 算 机 但 计 始
中 国 自主研 制 的 大 型 机 , 北 大 1 0 国防 科 大 1 1 电 有 5、 5、
子 部 的 DJ S机 等ห้องสมุดไป่ตู้。
提高一倍 , 4 每 ~5年左 右 性 能 提 升 1 0倍 。2 0世 纪 9 O
年 代 末 H C 机 每 秒 运 算 万 亿 次 的 量 级 , 0 1年 6月 P 21
高性 能 计 算 HP hg ef r n ec mp t g 。本 文 C( ih p ro ma c o ui ) n 就 这 一 领 域技 术 的 重要 地 位 、 史 沿 革 、 类 、 近 重 大 历 分 最 发展 、 技术 挑 战 、 发展 展 望 等 问题 作 一概 要 介 绍 。
中国 自 1 5 9 8年 开 始 自主 研 制 计 算 机 , 用 于 解 决 并
1 高 性 能 计 算 的重 要 地 位
美 国在计 算 机 与信 息 技 术 领 域 , 直 处 世 界 霸 主地 一
中 国 国内 的各 种 需求 , 绩卓 著 。1 8 成 9 3年 国防 科技 大学 研 制 成 功 中 国第 一 台 HP C机— — 银 河 亿 次计 算 机 YH一
计 制 作 , 制 高 点技 术 , 是 国际竞 争 十 分剧 烈 。
HP 机 基 于 CP 芯 片 来 做 , 而 得 益 于 微 电 子 按 C U 从
年代 , 时 这类 计 算 机 称 为 “ 型 机 ( ifa ) , 表 那 大 man rme ” 代
性 的 王 牌 机 器 如 : I M 3 0,I M 3 0 B 6 B 7 ,CDC6 0 6 0,
TOP 0 TOP 0 1( 5 0前 1 0名 ) HP 的 C机 已全 部 达 到 每 秒运
算 10 0万 亿 次 以上 。 0
中国进 入 HP 时 代 后 , 后 发 展 了 银 河 、 威 、 C 先 神 曙 光等系列机。
2 0世 纪 7  ̄8 0 0年 代 , 种新 的超 大型 机 出现 了 , 一 被
工程 、 新药 研 制 ;新 材料 ;高 新 制 造 ( 车 、 电子 ) 汽 微 ;信 息 与 社会 安 全 ( 码 学 、 控 ) 密 监 ;数 据 中心 与 服 务 中 心 ; 等等 。
计 算 机 解 算 当今 超 大 、 高 、 复 杂 的 计 算 任 务 , 称 为 超 超 被
的重 要 应 用领 域 。每 一发 展 阶段 , 大 、 最 最强 的 计 算 机 , 在 技 术 上 、 用 上 都 是 计 算 机 技 术 发 展 的开 拓 者 , 都 应 并 被 用 于 解 算 最 大 、 难 的 计 算 问题 , 动 了科 学 技 术 及 最 推
计算 机 技 术 的创 新 发 展 。 高 性 能 计 算 机 的发 展 , 以追 溯 到 2 可 O世 纪 6 ~7 0 0
Co uig&Co mp t n mmu iain ) 划 , 力研 制 一 代 代新 nc t s计 o 大 机器 , 设 许 多 超 级 计 算 中 心 , 用 高 性 能 计 算 机 解 决 建 利
许 多 科 技 方 面 的“ 大挑 战问 题 ” 推 动 众 多 科 学 和 技 术 领 , 域 的大 发 展 。HP CC计 划 还把 因 特 网 (n e n t 公 开 民 I tr e) 用 , 向全 球 , 动 了信 息 化 时 代 的 到 来 。布 什 总 统 时 推 推
自 然 杂 志 第 3 卷第5 3 期
特约 专稿
高 性 能计 算 ( 级 计 算 ) 超 技术 是 国 家发 展 的 战 略性 制 高 点 技 术 。本 文介 绍 了 高 性 能计 算 技 术 的 重 要 地位 及 当 今 世 界 各 国 装备 应 用情 况 ; 绍 了高 性 能机 的发展 历 史 与 分 类 、 近 十 年 的标 志性 成 果及 最 近 一 年 的世 界 最快 计 算 机 介 最 的前 1 O名 ; 析 了发 展 高 性 能计 算 技 术 的主 要 难点 和 研 究方 向 ; 望 了未 来 十年 发展 的 巨大 新挑 战 。 分 展
14 9 6年世 界 上 第 一 台 电 子 数 字 计 算 机 E AC 问 NI
世 以来 , 已经 过 6 5年 的 发 展 历 程 。计 算 机 的 发 明 源 于 解 决 计 算 问题 , E AC即 用 于计 算 火 炮 弹 道 , 此命 如 NI 因
商 用 的 CP 芯 片来 做 ( 般 不 再 自己 设 计 研 制 CP , U 一 U)
用, 推动 了信 息 化 的发 展 。今 天 , 乎 所 有 的 计 算 机 制 几 造 商 都 提供 价 廉 物美 的 HP C机— — Clse 机 。 utr 但 是高 端 高 性 能 计 算 机 ( g d HP , 求 全 HihEn . C) 追 系 统 高 效方 便 解 算一 个 超 大 科 技 工 程 问题 , 需 专 门设 仍
・亚 洲 1 3台 , 中 除 中 国 6 0 其 2台外 , 日本 2 6台 , 其 他 国家拥 有很 少 。 21 0 1年 6月 底 世 界 最 快 的 1 0台机 器 ( 算 速 度 均 运
达每 秒 10 0万 亿 次 以上 ) 美 国拥 有 5台 , 国和 日本 0 , 中
各 2台 , 国 1台 。 法
称 为“ 级 计 算 机 (u ec mp tr ” 中 国 当 时 译 称 “ 超 sp ro ue ) , 巨 型机” 。它 们 的计 算 速 度 达 每 秒 1亿 次 以上 。著 名 的机
器 有 : 国 N A 的 I LI I 机 、 国 CDC 公 司 的 美 AS L AC.V 美 S AR1 0机 、 国 T 公 司 的 AS T 0 美 I C机 。这些 机 器 都 没有 批 生 产 , 有 形 成 产 业 。1 7 没 9 8年 美 国 CR AY 公 司 推 出 CRAY- 1向量 超 级计 算 机 , 得 巨大 成 功 , 始 批 生产 , 获 开
名 为 “ 算 机 ( o ue ) 。但 6 计 c mp tr ” 5年 的 发 展 , 算 机 直 计
接 用 于 “ 算 ” 越 来 越 少 , 大 多 数 的 计 算 机 用 于 控 计 的 绝
世 后 , 代 码 公 开 、 费 使 用 的 开 源 软 件 兴 起 , 给 圈外 源 免 也 人 进入 提 供 了机会 和 通 道 。“ 用 CP +商 用互 连 网络 商 U +开 源 软件 ” 使 HP 的 准 入 门槛 变 得 很 低 , 以 DI , C 可 Y
高 性 能 计 算 机 HP hg ef r n e c mp tr C( ih p ro ma c o ue ) 特 指 当今 具 有 超 强 计 算 能 力 的 一 类 计 算 机 。利 用 这 类
核 动 力 、 安 全 技 术 ;空 气 动 力 学 ( 天 、 空 、 海 、 核 航 航 航 高 速 运 载器 ) 大 气 、 ; 海洋 与 空 间 ( 气 与灾 害 预报 , 球 变 天 全 暖) ;能 源 ( 气 勘 探 与 开 采 , 能 源 ) 油 新 ;生 命 科 学 、 物 生
Mo r o e定 律 的规 律 发 展 , C 机 大 致 每 1 HP 8个 月 性 能 可
C 70 DC 6 0等 。它 们 的 计 算 速 度 达 每 秒 百 万 至 千 万 次 。 这 类机 器 至 今 仍 占有 一 定 的 地 位 , 于 I M3 0发 展 至 基 B 6 今 的 I M 的 z 系 列机 , 当今 金 融 保 险业 的主 力 机 器 。 B 是
代 , 然 重 点 是 反 恐 , 对 高 性 能 计 算 的发 展 丝 毫 没 有 虽 但
放 松 。2 0 0 5年 总统 I T顾 问 委 员 会 的专 题 咨 询 报 告 , 再 次提 出“ C是 国家核 心 竞 争力 , 大 力发 展 ” HP 要 。奥 巴 马 总统 执 政 以来 , 济 问题 、 改 问 题 一 直 是 当务 之 急 , 经 医 但 也 没 有 放 松 HP C发 展 。2 1 0 1年 1月 2 t 统 国情 咨 5E总
・
・
文 报 告 中 , 次 提 到 中 国 拥 有 了世 界 上 最 快 的计 算 机 , 再 美 国决 不 能松 劲 。
2 5台 ;
科 学 技术 发 展 历 来 依 靠 “ 论 、 验 ” 而 今 天 “ 理 试 , 计
算” 已是第 三 手 段 , 且 是 越 来 越 重 要 的 手 段 。许 多 科 而 技 领 域 的 发展 已离不 开 “ 算 ” 许 多 学 科 已与 计 算 相 互 计 , 复 合 。HP C在 国家科 技 、 防 、 业 、 融 、 务 、 活等 国 产 金 服 生 方 面 都 占有 不 可 或缺 的重 要 地 位 。譬 如 : 物 理 、 能 、 核 核
计 算 天 津 中心 ” 制 成 功 的 天 河 机 TH.A, 计 算 速 度 研 1 其 在 当年 1 1月 国 际 T p 0 o 5 0排 名 中 , 世 界 第 一 , 国 家 列 为 赢 得 荣 誉 , 中国 HP 发展 与 应用 作 出 了新 贡 献 。 为 C
全 球 HP C机 的研 制 , 国 占绝 对 优 势 , 美 全球 最 快 的 5 0台计 算 机 中 , 国研 制 的 占 3 4以上 。其 次 是 日本 0 美 / 和中国, 欧洲 研 制 的极 少 。但 世 界各 国都 高度 重 视 HP C
能力 的建设 与 应 用 ,0 1年 6月 底 世 界 最 高 性 能 的 5 0 21 0
台计 算 机 的装 备 使用 情 况 如下 :
・
美 国 :5 2 6台 , 世界 绝 对第 一 ; 中 国 :2台 , 界第 二 ; 6 世 欧 洲 1 5台 , 中 , 国 3 2 其 德 O台 , 国 2 英 7台 , 国 法
位 。高 性 能计 算 机 与 高 性 能 计 算 技 术 被 认 为是 美 国 国
家 的制 高 点 技 术 , 届 政 府 都 高 度 重 视 , 点 发 展 。克 历 重 林 顿 总 统 时 代 , 力 推 进 HP C( g e fr n e 大 C Hih P ro ma c
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( 自行 撰 机 ) 成 本 也 低 , 大 推 进 了 HP 的 普 及 和 使 , 大 C
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核 心 的 计算 功 能 ) 。尽 管 如 此 , “ 算 ” 终 是 计 算 机 但 计 始
中 国 自主研 制 的 大 型 机 , 北 大 1 0 国防 科 大 1 1 电 有 5、 5、
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提高一倍 , 4 每 ~5年左 右 性 能 提 升 1 0倍 。2 0世 纪 9 O
年 代 末 H C 机 每 秒 运 算 万 亿 次 的 量 级 , 0 1年 6月 P 21
高性 能 计 算 HP hg ef r n ec mp t g 。本 文 C( ih p ro ma c o ui ) n 就 这 一 领 域技 术 的 重要 地 位 、 史 沿 革 、 类 、 近 重 大 历 分 最 发展 、 技术 挑 战 、 发展 展 望 等 问题 作 一概 要 介 绍 。
中国 自 1 5 9 8年 开 始 自主 研 制 计 算 机 , 用 于 解 决 并
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美 国在计 算 机 与信 息 技 术 领 域 , 直 处 世 界 霸 主地 一
中 国 国内 的各 种 需求 , 绩卓 著 。1 8 成 9 3年 国防 科技 大学 研 制 成 功 中 国第 一 台 HP C机— — 银 河 亿 次计 算 机 YH一
计 制 作 , 制 高 点技 术 , 是 国际竞 争 十 分剧 烈 。
HP 机 基 于 CP 芯 片 来 做 , 而 得 益 于 微 电 子 按 C U 从
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性 的 王 牌 机 器 如 : I M 3 0,I M 3 0 B 6 B 7 ,CDC6 0 6 0,
TOP 0 TOP 0 1( 5 0前 1 0名 ) HP 的 C机 已全 部 达 到 每 秒运
算 10 0万 亿 次 以上 。 0
中国进 入 HP 时 代 后 , 后 发 展 了 银 河 、 威 、 C 先 神 曙 光等系列机。
2 0世 纪 7  ̄8 0 0年 代 , 种新 的超 大型 机 出现 了 , 一 被
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计 算 机 解 算 当今 超 大 、 高 、 复 杂 的 计 算 任 务 , 称 为 超 超 被
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计算 机 技 术 的创 新 发 展 。 高 性 能 计 算 机 的发 展 , 以追 溯 到 2 可 O世 纪 6 ~7 0 0
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许 多 科 技 方 面 的“ 大挑 战问 题 ” 推 动 众 多 科 学 和 技 术 领 , 域 的大 发 展 。HP CC计 划 还把 因 特 网 (n e n t 公 开 民 I tr e) 用 , 向全 球 , 动 了信 息 化 时 代 的 到 来 。布 什 总 统 时 推 推
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特约 专稿
高 性 能计 算 ( 级 计 算 ) 超 技术 是 国 家发 展 的 战 略性 制 高 点 技 术 。本 文介 绍 了 高 性 能计 算 技 术 的 重 要 地位 及 当 今 世 界 各 国 装备 应 用情 况 ; 绍 了高 性 能机 的发展 历 史 与 分 类 、 近 十 年 的标 志性 成 果及 最 近 一 年 的世 界 最快 计 算 机 介 最 的前 1 O名 ; 析 了发 展 高 性 能计 算 技 术 的主 要 难点 和 研 究方 向 ; 望 了未 来 十年 发展 的 巨大 新挑 战 。 分 展
14 9 6年世 界 上 第 一 台 电 子 数 字 计 算 机 E AC 问 NI
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・亚 洲 1 3台 , 中 除 中 国 6 0 其 2台外 , 日本 2 6台 , 其 他 国家拥 有很 少 。 21 0 1年 6月 底 世 界 最 快 的 1 0台机 器 ( 算 速 度 均 运
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称 为“ 级 计 算 机 (u ec mp tr ” 中 国 当 时 译 称 “ 超 sp ro ue ) , 巨 型机” 。它 们 的计 算 速 度 达 每 秒 1亿 次 以上 。著 名 的机
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名 为 “ 算 机 ( o ue ) 。但 6 计 c mp tr ” 5年 的 发 展 , 算 机 直 计
接 用 于 “ 算 ” 越 来 越 少 , 大 多 数 的 计 算 机 用 于 控 计 的 绝
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高 性 能 计 算 机 HP hg ef r n e c mp tr C( ih p ro ma c o ue ) 特 指 当今 具 有 超 强 计 算 能 力 的 一 类 计 算 机 。利 用 这 类
核 动 力 、 安 全 技 术 ;空 气 动 力 学 ( 天 、 空 、 海 、 核 航 航 航 高 速 运 载器 ) 大 气 、 ; 海洋 与 空 间 ( 气 与灾 害 预报 , 球 变 天 全 暖) ;能 源 ( 气 勘 探 与 开 采 , 能 源 ) 油 新 ;生 命 科 学 、 物 生
Mo r o e定 律 的规 律 发 展 , C 机 大 致 每 1 HP 8个 月 性 能 可
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代 , 然 重 点 是 反 恐 , 对 高 性 能 计 算 的发 展 丝 毫 没 有 虽 但
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文 报 告 中 , 次 提 到 中 国 拥 有 了世 界 上 最 快 的计 算 机 , 再 美 国决 不 能松 劲 。
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科 学 技术 发 展 历 来 依 靠 “ 论 、 验 ” 而 今 天 “ 理 试 , 计
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计 算 天 津 中心 ” 制 成 功 的 天 河 机 TH.A, 计 算 速 度 研 1 其 在 当年 1 1月 国 际 T p 0 o 5 0排 名 中 , 世 界 第 一 , 国 家 列 为 赢 得 荣 誉 , 中国 HP 发展 与 应用 作 出 了新 贡 献 。 为 C
全 球 HP C机 的研 制 , 国 占绝 对 优 势 , 美 全球 最 快 的 5 0台计 算 机 中 , 国研 制 的 占 3 4以上 。其 次 是 日本 0 美 / 和中国, 欧洲 研 制 的极 少 。但 世 界各 国都 高度 重 视 HP C
能力 的建设 与 应 用 ,0 1年 6月 底 世 界 最 高 性 能 的 5 0 21 0
台计 算 机 的装 备 使用 情 况 如下 :
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美 国 :5 2 6台 , 世界 绝 对第 一 ; 中 国 :2台 , 界第 二 ; 6 世 欧 洲 1 5台 , 中 , 国 3 2 其 德 O台 , 国 2 英 7台 , 国 法