中国高性能计算十三五发展规划与进展

中国高性能计算

十三五发展规划与进展

钱德沛

北京航空航天大学/中山大学

GTC China 2016

2016年9月13日

汇报提纲

•我国高性能计算发展现状

•十三五“高性能计算”重点研发专项•2016年项目启动情况

•专项2017年指南

•我国高性能计算发展现状

国家863计划的持续努力•2002-2005年：高性能计算机及核心软件（863重大专项）–强调资源共享与协同工作

–以网格支持多领域应用

–成功研发10万亿次量级计算机和中国国家网格实验床

•2006-2010年：高效能计算机与服务环境（863重大项目）–强调除了性能之外计算机的其它指标：开发的效率、程序可移植性、系统的鲁棒性等–强调机器、环境、应用三位一体的发展

–强调环境的服务特征

–成功研发千万亿次量级计算机，建立了国家高性能计算服务环境

•2010-2016年：高效能计算机及应用服务环境（863重大项目）–强调环境新的运行模式和机制，探索建立计算服务业的途径

–发展应用社区，更好地支持应用

–研制世界领先的计算系统：天河二号、神威•太湖之光

面临的挑战

–能否持续过去20年的发展速度？

•TOP500显示，近年来发展速度在下降，如何从我国应用需求出发，制定合理的发展目标？

–如何解决E级计算机所面临的重大技术挑战问题？

•功耗

•应用性能

•可编程性

•可靠性

–如何驾驭大规模并行性，开发数百万乃至数千万核水平的大规模并行应用？

–国家高性能计算环境如何与时俱进，在新的技术条件下提供更高质量、更好体验的服务？

十三五“高性能计算”重点研发专项

十三五高性能计算重点研发专项•国家重点研发计划“高性能计算”重点研发专项经过两年的战略研究及论证，于2016年正式启动

•专项总体目标

–突破E级计算机核心技术，依托自主可控技术，研制适应应用需求的E级（百亿亿次级）高性能计算机系统，使我国高性能计算机的性能在“十三五”末保持世界领先水平。

–研发一批关键领域/行业的高性能计算应用软件，建立国家级高性能计算应用软件中心，构建高性能计算应用生态环境。

–建立具有世界一流资源能力和服务水平的国家高性能计算环境，促进我国计算服务业发展。

专项主要研究任务

•任务1：E级高性能计算机系统研制

–突破E级计算机核心关键技术，采用自主众核处理器，研制E级高性能计算机系统，使我国高性能计算机性能在“十三五”末期保持世界领先水平。•任务2：高性能计算应用软件研发

–开展E级建模、并行算法和并行性能优化等前沿基础研究，研发若干重大行业数值模拟装置和一批大型并行应用软件，研发并行编程框架，研究高性能计算应用软件协同开发优化平台与工具，组建应用软件研发中心，构建高性能计算应用生态环境。

•任务3：高性能计算环境研发

–研发高性能计算环境的核心软件及支撑平台，构建具有世界一流资源能力和服务水平的、支撑国家创新发展的高性能计算服务环境，基于环境建立行业业务平台与领域应用社区等服务系统，为计算服务业奠定基础。

2016年项目启动情况

2016年项目启动情况•2016年启动了三个技术方向10个任务的研究工作–方向一：E级高性能计算机系统研制

•总体技术及评测技术与系统，

•E级计算机关键技术验证系统，

•新型高性能互连网络

–方向二：高性能计算应用软件研发

•适应于百亿亿次级计算的可计算物理建模与新型计算方法

•重大行业高性能数值装置

•行业高性能应用软件

•科研高性能应用软件

•E级高性能应用软件编程框架及应用示范

–方向三：高性能计算环境研发

•国家高性能计算环境服务化机制与支撑体系

•基于国家高性能计算环境的服务系统

前沿基础研究项目

•“面向E级高性能计算机的新型高性能互连网络技术研究”

–探索适应E级计算机要求的高性能互连技术

–在速度、功耗、可扩展性等方面满足E级系统互连的要求

•“适应于E级计算的可计算物理建模与新型计算方法”

–适应E级计算的可计算建模方法和计算方法

–结合超高精度医学影像重建、核聚变中的磁流体稳定性、血栓形成机理和超高建筑抗震分析等四个应用问题开展建模和共性算法的研究–对共性算法进行优化

E级计算机关键技术验证系统•由曙光公司、国防科学技术大学、无锡江南计算技术研究所分别承担

•是E级系统全面研发开始之前的预研项目

•在E级机体系结构、关键技术、系统软件和典型应用验证等方面开展探索性的研究，探索实现E级系统的可能的技术路线和手段

•要求三个项目采用不同的技术方案，为下一步E级系统的研发摸索经验

•项目的成果将成为遴选E级机研发团队的依据

重大行业应用：数值装置•“数值飞行器原型系统研发”

–研发面向飞机优化设计的气动力、结构强度以及流固耦合优化等软件

–形成面向飞机设计优化的数值模拟系统

–在真实飞机设计的应用中得到验证

•“地球系统模式的改进、应用开发和高性能计算”

–研发地球系统数值模拟系统，支持地球系统模式的研究和应用。

并行应用软件

•行业高性能应用软件

–“复杂工程力学高性能应用软件系统研制”

–“面向E级计算机的大型流体机械并行计算软件系统及示范”

–“海洋环境高性能数值模拟应用软件研制”

•面向科学研究高性能应用软件

–“面向E级计算的材料科学计算软件系统与应用”

•针对领域问题研发并行应用软件，解决应用问题•在数十万核的并行计算规模达到良好的并行效率