我国高性能计算机的应用前景及发展中的问题

我国高性能计算机的应用前景及发展中的问题

摘要:高性能计算机与我们生活息息相关，高性能计算机是衡量一个国家综合国力的重要标志,是国家信息化建设的根本保证。发展高性能计算机,可以带动科学技术的进步,解决国民经济建设、社会发展进步、国防建设与国家安全等方面一系列的挑战性问题,促进我国相关产业的快速发展。文章总结了国内外高性能计算机发展现状及发展趋势，并总结了我国目前发展高性能计算机面临的问题，最后作者提出了对如何解决这些问题的看法。

关键词:高性能计算机；计算速度；高端计算

1、高性能计算机与大众生活息息相关

1.1对制造业的推动:我国是一个制造业大国，高性能计算在制造业的广泛使用，不仅可以帮助工程师在设计阶段更科学地计算材料强度，更合理地选择和使用材料，设计出更符合空气和流体动力学原理和人体工程的产品结构和外形，而且可以在仿真基础上全面规划整个制造过程，有效提高产品制造的质量和产量。高性能计算的全数字化设计制造环境在缩短产品设计周期、节能降耗、降低污染、提高产品质量

方面的作用不可限量。

1.2 对网络信息服务的影响:在网络日益普及的今天，我们已经渐渐习惯于从网上获得信息和服务，但是同时也经常为服务响应速度的迟缓而烦恼。要面对数千万、数亿用户的访问请求，服务器必须有强大的数据吞吐和处理能力。这又是高性能计算机发挥作用的舞台。高性能服务器每秒种可以处理数千万乃至数亿次服务请求，及时提供用户所需要的信息和服务，保证服务质量。

2、国内外高端计算发展现状

2．1国内高端计算机发展现状：根据中国软件行业协会数学软件分会2003年11月份公开发布的2003年中国高性能计算机TOP100排行榜最新统计，我国高端计算机系统的总计算能力在19.56TF/s峰值左右。我国高端计算机系统研制开始于20世纪70年代中后期，大体经历了3个主要发展阶段：第一阶段从70年代中后期到80年代中期，主要以研制大型向量系统为主(以银河I为代表)；第二阶段从80年代中后期到90年代末，主要以研制大规模并行系统为主(以神威I为代表)；第三阶段从90年代中期起，主要以研制大规模机群系统为主(以曙光机为代表)。目前，参与高端计算机研制的单位已经从科研院所发展到企业界。

进入新世纪，随着研制高端计算机系统的诸多关键技术被攻克(尤其是机群技术)，我国自行研制的高端计算机系统已开始形成自己的品牌系列和一定的市场规模，其发展呈现星火燎原之势头。近两年，随着“神威”、“银河”、“曙光”、“深腾”、“天梭”等一批知名产品的出现，使我国成为继美、日之后第三个具备高端计算机系统研制能力的国家，被誉为世界未来高端计算市场的“第三股力量”。根据中国软件行业协会数学软件分会2003年11月份公开发布的2003年中国高性能计算机TOP100排行榜最新统计，我国高端计算机系统的总计算能力在19.56TF/s峰值左右。

2．2 国外高端计算机发展现状“21世纪，高端计算技术已成为衡量一个国家经济技术综合实力的重要标志，它对国民经济、社会发展、国家安全和国防现代化建设具有重要意义。以美国和日本为代表的发达国家十分重视高端计算机系统的研制及其应用技术的开发。根据全球实用超级计算机500强最新排行榜的统计分析，目前国际上已经有242台系统的Linpack实测性能超过1万亿次/秒(2003年12月前只有131台)；500强系统的总性能为813TF/(2003年12月前为528TF/s)；排行榜中“最慢”系统(第500台机器)的速度为624GF/s(2003年12月前为40314GF/s)；现在500强系统的主流结构是Cluster，Constellations和MPP三种结构类型。所有系统分布在世界上35个国家和地区，美、日、德、英

等发达国家占了80%的计算资源，其中仅美国就安装了255台，占总性能的56%；并且500台系统中的91%是由美国制造的，所有这些数据均表明美国在高端计算机的使用和生产方面仍然保持着绝对的领先优势。

3、高端计算机发展趋势

国外高端计算系统今后的开发热点是计算速度为十万

亿次/秒左右的系统，中期目标是百万亿次秒，长期目标是千万亿次/秒甚至更高。未来国际高端计算的发展将呈现以下趋势：随着高性能计算向高效能服务转变，超级计算机系统追求的目标也将从/高性能走向“高效能”。按美国DARPAHPCS 计划说明，High productivity的综合含义是指提高超级计算机系统的计算性能、可编程性、可移植性和鲁棒性，同时努力降低系统的开发、运行及维护成本。HPCS计划表明，超级计算机要想保持快速发展势头，必须要有本质的变化，即必须采用先进技术，平衡各项设计指标，实现系统的高可靠性、高可用性、高可维性、高安全性和低功耗。

4、高性能计算机发展任重道远

4.1 应用软件匮乏:我国长期以来存在的重硬件、轻软件

的现象在高性能计算领域格外突出，影响更大。对于高性能计算机而言，缺乏合适的应用软件就根本无法开展相应的应用，也无法吸引用户来使用高性能计算机。高性能计算机上运行的应用软件专业性强，价格昂贵，国内应用部门每年都花费大量经费，采购应用软件，但是这种采购一般是分散进行的，缺少相互协调，因此国家整体布局还不尽合理，有些软件多个部门重复采购，而另一些急需的软件又没人购买。

4.2 资源分布不均匀:国内高性能计算机主要分布在科研院所、大学以及石油勘探、气象预报等应用部门，地域分布也不均匀。资源分布的不均匀和资源访问的困难，使得不少高性能计算的潜在用户放弃了应用的打算。在经济效益不够好的传统产业尤其如此。这种资源分布的不均匀性一方面使需要资源的用户难以获得资源，另一方面也造成宝贵资源的闲置和浪费。

结语

我国的高性能计算事业必须走可持续均衡发展的道路。高性能计算是昂贵的，不仅有设备的初始投入，而且有场地条件、电力消耗、运行维护和人员队伍建设等多种费用。因此，一定要切实从应用需求出发，大力促进应用的进步，以此推动高性能计算的发展。强调应用需求牵引并不是忽视技