并行计算任重道远

高性能计算发展到今天，越来越离不开并行计算的支持，因此，我们有必要了解并行计算的方方面面。

随着我国国民经济的快速发展，越来越多的科研和工程应用部门对大规模科学与工程数值计算提出了挑战性需求，而并行计算是满足这些需求的必要途径。

近几年来，国内高性能计算机(HPC)的研制水平得到了快速发展，尤其是PC服务器集群，由于其具备当前大规模并行机不可比拟的性能价格比，已经成为当前高性能并行机市场的一支重要力量。

高性能计算机的应用和研制水平是一个国家综合实力的标志之一。

高性能计算的核心

并行计算是提高计算机系统计算速度和处理能力的一种有效手段。它的基本思想是用多个处

理器来协同求解同一问题，即将被求解的问题分解成若干个部分，各部分均由一个独立的处理机来并行计算。并行计算系统既可以是专门设计的、含有多个处理器的超级计算机，也可以是以某种方式互连的若干立计算机构成的集群。

并行计算基于一个简单的想法：N台计算机应该能够提供N倍计算能力，不论当前计算机的速度如何，都可以期望被求解的问题在1/N的时间内完成。显然，这只是一个理想的情况，因为被求解的问题在通常情况下都不可能被分解为完全独立的各个部分，而是需要进行必要的数据交换和同步。

尽管如此，并行计算仍然可以使整个计算机系统的性能得到实质性的改进，而改进的程度取决于欲求解问题自身的并行程度。

研究意义重大

并行计算的优点是具有巨大的数值计算和数据处理能力，能够被广泛地应用于国民经济、国防建设和科技发展中具有深远影响的重大课题，如石油勘探、地震预测和预报、气候模拟和大范围天气预报、新型武器设计、核武器系统的研究模拟、航空航天飞行器、卫星图像处理、天体和地球科学、实时电影动画系统及虚拟现实系统等等。

随着计算在科学研究和实际应用中发挥越来越大的作用，人们对计算已经产生了依赖，将数值模拟作为许多决策的依据。现在人们已经习惯将计算作为科学研究的第三种手段，和传统的科学研究的理论方法和实验方法并列。

并行计算机随着微处理芯片的发展，已经进入了一个新时代。目前并行计算机的性能已经达到百万亿次,千万亿次的并行计算机正在规划之中。

我国并行计算机的研制已经走在世界前列，正在研制生产百万亿次的巨型计算机系统。

2003年由联想公司生产的深腾6800超级计算机在2003年11月世界Top500排名中位列第14名，2004年曙光公司生产的曙光4000A超级计算机在2004年6月的世界Top500排名中位列第10名。

这是我国公开的高性能计算机在世界Top500排名中首次进入前10名，标志着我国在并行计算机系统的研制和生产中已经赶上了国际先进水平。高性能计算机为提高我国的科学研究水平奠定了物质基础。

不足与思考

现在，拥有每秒百亿次或者千亿次的并行计算机，对一般的科研院校、研究所和工程应用单位已经不再是一种奢望。

但是我国高性能并行计算的技术支持力量却相对滞后，并行计算人才严重不足。

由于缺少高性能并行计算方面的必要知识，这些单位中的大多数人不得不面对诸如此类的问题：如何根据需求和经费最优地选购、配备并行机？如何合理地制定并行机购置合同？如何对厂商提供的并行机进行验收，以检查它们是否满足合同要求？如何设计系统结构及运行模式以便更有效地管理、维护和使用并行机？如何并行化本单位现有的科学与工程计算程序，研制高性能的并行应用软件，使之能高效率地运行于并行机？如何快速培养并行计算人才，提高本单位科研人员的并行机应用水平？……这些问题解决的好坏直接决定了并行机在科研与工程应用中发挥的作用。在下面的文章里，我们将会详细介绍有关并行计算硬件架构、软件支持以及开发方面的相关知识，希望能给你一些启示。

链 接:并行计算能做什么

以对高性能计算研究领先的美国为例，他们提出了一个计划，利用并行计算技术解决目前所遇到的“挑战”。美国政府将这个计划命名为HPCC。该计划要解决的“巨大挑战”问题主要包括以下10个：

1.磁记录技术:要在一平方厘米的磁盘表面上压缩记录10亿位数据。

2.新药研制:特别是防治癌症与艾滋病新药的研制。

3.高速城市交通:新型低噪音飞机的研制，空气动力学的计算。

4.催化剂设计：改变至今为止多数催化剂靠经验设计的习惯，转向计算机辅助设计，主要分析这些复杂系统的大规模量子化学模型。

5.燃料燃烧原理：通过化学动力学计算，揭示流体力学的作用，研制新型发动机。

6.海洋模型模拟：对海洋活动与大气流的热交换进行整体海洋模拟。

7.臭氧层空洞：研究控制臭氧消耗过程的化学和动力学机制。

8.数字解剖：如三维CT扫描图像处理、人脑主题模型、三维生物结构与四维时间结构。

9.蛋白质结构设计：使用计算机模拟，对蛋白质组成的三维结构进行研究。

10.密码破译技术：破译长位数的密码，主要是寻找一个大数的两个素因子。