3計算機教育2004.5威望代表著高性能計算機的發展現狀和趨勢評論中國科學院計算技術研究所副所長范建平/高性能計算機的發展現狀當前，遇到的主要問題高性能計算帶來的好處是: 擴展瓶頸以提高性能是一項持續了40年的工作. 如圖1所示，計算機的瓶頸在過去40年中發生了巨大變化. 2.摩爾定律是主要原因，如圖2所示. 3.計算機系統的設計在1980年始失去平衡，如圖3所示. 4.體系結構進入后集群時代，如圖4和圖5所示. 5.從論文統計的角度來看，科學技術界的研究逐漸失去了它的作用. 目標，如圖6所示（國際通用計算機協會ISCA）. 6.高性能計算機的設計仍與應用程序系統分離. 7.高性能計算機的開發技術面臨挑戰. （1）AvailaBilly，MaintaInaBilly，Evluu-TioNaryGryWoTth，規模，功耗和系統規模的傳統集群集群系統. （2）Da Niel A. Reed指出，隨著新的成本效益的出現，我們組裝了一些組件，因此Tera Byte級別的系統組裝僅需花費數千美元，而Peta By-te系統僅需組裝成本. 幾百萬美元.

關鍵問題是如何在這些組件之間找到平衡，從而使系統具有較高的可用性和效率. 不幸的是，美國目前沒有活躍的建筑和原型研究項目. 簡而言之，我們當前正面臨包括軟件和硬件在內的體系結構危機. 這是網格技術研發的主要方面. 高性能計算機的使用方式從傳統的集中式使用（高性能計算中心）到集成（與其他設備），網格（其他計算中心）和按需計算（租賃計算能力）的發展方向. 2.像普通計算機（服務器，PC）一樣，高性能計算機用戶也關注TO OC INF IF CY CL和TO OC INF PROJECT期限. 3.按需計算（部分計算能力，聯合計算），制造成本（是傳統PCcluster的10到100倍），運營成本（體積，功耗）和其他要求給下一代高性能計算機的研發提出了挑戰. 性能的計算機. HPC體系結構正朝著超并行性高性能計算機發展歷程，多層存儲結構和混合粒度編程的方向發展. 實現Peta觸發器的計算性能的HPC需要并行連接10、000-100、000 CP PU內核（處理器模塊）. 與當今由數千個CPU組成的系統結構相比，超并行性需要在節點，連接和存儲方面進行創新.

2. CPU與內存之間的性能圖1研究員范建平高性能計算機的全面發展趨勢高性能計算機與網格研究之間的關系高性能計算機（HPCC）和網格正在朝著差異化和共生的方向發展. HPC主要基于科學計算，而Petaflops計算機系統的實現是現階段的主要目標. 研究領域包括新架構，新設備技術和系統軟件. 2.作為一種廉價且容易獲得的計算資源，計算網格已受到應用科學家和普通用戶的廣泛關注和嘗試，并已發展成為高性能計算機系統（門戶）的用戶. 3.數據和信息網格為開發和使用各種應用程序系統提供了一個平臺. 它具有資源共享，動態交互和集成的特點. 權威展臺Comment4計算機教育2004.5采用“差距”（帶寬，延遲），并安裝了多層存儲結構（內存層次結構）. 3.粗中細混合規劃模型充分利用了問題本身的并行性，發揮了超系統的運行效率. HP C對應用程序適應性（適應性）的追求正在興起. 依靠用于應用程序的系統和用于人員的系統是整個計算機系統的長期目標之一.

2. HPC系統對應用的適應性（AdapTability）已逐漸成為下一代系統追求的特征. 硬件體系結構的動態調整，操作系統的動態部署以及并行編譯系統的智能工作都是實現此功能的全部工作. 3.“適應性強: 凱爾特語系統以一種特別的方式被接受，并獲得了更好的性能，” （IBM）高性能計算機從一般變為特殊基于集成電路的高性能計算機系統受集成電路自身發展的制約. 集成電路發展的兩個定律: Moorer Law和Yakim Otower. 2. YakimotoWave: 從專用到通用的轉換期為10年； 3.隨著應用領域的不斷深入和復雜化，HPC系統的設計呈現了基于通用技術的定制化趨勢（生物學，石油等）.

如圖7所示. 高性能計算機技術的發展趨勢高性能計算機是縱向還是橫向發展？高性能計算機的體系結構仍然是并行處理結構. 編程模型主要支持C Plus + SMP，C Plus + MPP. 2.主要的設計概念是: 強節點容量和少量節點（千個）和存儲共享（FAT節點模式），弱節點容量和大量節點（數萬個）和分布式存儲（瘦節點模式）區別. 3.選擇的主要因素是運營性能，制造成本，維護成本，開發周期，應用適應性等. FAT節點模式具有運行效率高，維護成本低，開發周期短，應用適應性廣的特點. 薄節點法的最大特點是制造成本低. 基于CPU的設計理念正在逐漸讓位給帶寬和存儲內存，而互連邏輯既是主要成本，又是性能的主要瓶頸. 1.計算邏輯（￥ 0.5 / GFFLOPS），存儲邏輯（￥ 200 / GBet，￥4.0perGB BG / s 10信號），帶寬（￥ 0.8 /每GB BG /子中止，￥ 2.5 / g BB / s交叉）大約kp專用道，每er G BB / s cros saacb bl 2 r GB / s crooss光纖￥ 5.0. （WilliamJ. Dally，StannforUdiv）2.實際上，系統的成本取決于存儲設備和傳輸數據的邏輯設備的成本.

由于圖2圖3圖4圖5圖6圖75計算機教育2004.5權威立場注釋在設計算法時，應考慮使用更多的計算資源，更少的內存資源和通信資源. 設計系統時，即使降低了計算設備的效率，也應讓系統更有效地使用內存和通信資源. 傳統觀點認為，計算機系統中的計算設備是最昂貴的資源. 3. Von Neumann的瓶頸（Von Neume nambo瓶頸）. 高速緩存和MemoryBand-width與平衡系統的要求相差1000倍. 構建高性能計算機的組件是多樣化的，集成的并且是非標準化的. 高效率和低消耗是選擇標準. 器件（CP UM存儲器連接），多樣化（集成）（SO COS IP P IM）和非標準化（FPGA光學器件V CC SEL）. 使用非工業主板（類型，尺寸，功耗等）是主流趨勢. 我們的目標是超越由C Luster系統組成的傳統商用組件（PC主板），使其性價比達到10至100倍. 2.處理器AS ICS主要基于傳統的CP pu IP礦石. 通過添加Vector U nits和ALS，可以設計出多核礦，并且可以設計4種以上的礦石. 主流.

為專用領域設計的處理器可能使用FPGA技術，最多可使用數百個CPU. SO C和SIP技術將用于集成更多邏輯（存儲，連接等）. 3. Ca Cache Szie和Ca Cache Sine Sense的增加將反映出增加存儲帶寬和速度的努力；內存智能（在《內存-P IM》中進行）（C手冊）； emorynin程序）. 未來計算機制造技術的發展趨勢如何突破本世紀的瓶頸: PCB板中的電路速度（相對于板和芯片內部），以提高C髖與C髖之間的通信效率？ 1.引腳對引腳引腳通信. （SUN的解決方案）2.光學開關（C ip toto ch ip，B aar d to to B aar rd），芯片的不同內部組件如圖8所示. 高性能計算機系統軟件正在朝著簡化和網格服務的方向發展. 1.傳統的高端系統是節點集群，每個節點都有完整的操作系統.

此設計明顯增加了軟件故障率并降低了系統效率. 操作系統中的許多機制和策略實際上阻礙了系統性能. 當開發具有更高并行度的HPC系統時高性能計算機發展歷程，問題將更加嚴重. 類似于C ICS和R ICS之間的關系. 2.操作系統的設計理念已恢復到簡單性（簡單的內核，簡化的保護，全局功能支持）和單個虛擬（真實）地址空間. 3. MPI及其變體具有大量的應用程序和后續投資，并有望成為并行編程（API）的壟斷接口. MPI更（MPI-XXX）. 幾年之后，也許HPC成為MPim. 可視化研究1.應用程序系統（Visu ali-zatino）的可視化研究是高性能計算機應用程序系統發展的一大亮點. 它是HPC在科學發，績效/單位空間，績效/單位能耗的綜合指標.

單元性能=所需的門電路面積2.高生產率指標: 關注應用系統開發的整個周期（開發，運行和維護），而不是當今的單個運行指標. 如何理解和定義高生產率: 包括系統中各種工具的生產率以及整個系統的生產率. 傳統上，我們僅分析算法的效率. 高性能計算機產業的發展趨勢正在加速標準化和工業化的發展趨勢. 低價格將啟動高性能計算機的“普及”過程. 在2005年左右，將出現1萬億至10億元的飛行. 競爭重點將放在市場容量和戰略上，戴爾模型值得關注. 技術異質性主要體現在處理器的化，互連標準化和低存儲價格上. 鑒于應用領域，在PC主板上添加專用處理器（FP GA，ASIC）將具有更高的性價比和更大的可重構計算機會. 該網絡專注于Myline，Infinanabad和10GBe之間的競爭，而10GBee具有發展潛力. 沒有針對存儲系統技術的標準，產品多樣化（SAN，NAS），成本效益將決定最終的贏家. 應用系統薄弱，開發人員由公司和科研機構組成. 中國的科研和企業擁有更大的機會. 虛擬現實技術是一個熱點. 如圖9所示. 圖8圖9

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