超级计算机技术范文

超级计算机技术篇1

由落后两代到比肩同行

在“中国制造”向“中国创造”转变的期许中，科技工作者一路逐梦，脚踏实地，使中国科技从国际最高水平的“追赶者”变成了“同行者”。超级计算机是其中的一个缩影。

286、386、奔腾2、奔腾3……中国计算机研究紧跟国外巨头身后，一步一步地艰难追赶；今天，我国超级计算机方阵挺进世界前列，“天河一号”一度问鼎世界超级计算机TOP500排名第一。

上世纪八九十年代中国气象局引进国外超级计算机，对方要求机房24小时监控，全由外国人操作，中国人不得入内。2001年10月，我国第一款通用式计算机中央处理器（CPU）——“龙芯”问世，性能与国际芯片业老大英特尔奔腾2相当，而当年4月英特尔早已推出了性能更强大的奔腾4。2001年9月，国家“863信息技术领域计算机软硬件技术主题课题申请指南”，明确提出“掌握一批战略性、前沿性和前瞻性的重大关键技术，提高我国在计算机软硬件技术方面的自主创新能力”。

就超级计算机而言，西方国家前来与我国交流合作是近些年才有的事。现如今，中国超级计算机领域专家经常被邀请到国外作学术报告。

“天河一号”“神威蓝光”等我国的超级计算机系统不但性能与国外最先进的水平相当，还拥有很多我国特有的技术。

“天河一号”的创新

国防科技大学是“天河一号”的研制者。超级计算机的研制历程表明，我们要在高技术领域有所作为，必须走一条中国特色的自主创新之路。只有在核心技术、实际效益和人才培养上不断实现新的突破，科学研究才有了持续发展的动力。

型号 面世时间 每秒运算速度（峰值）

银河—Ⅰ 1983年 1亿次

曙光一号 1992年 6.4亿次

银河—Ⅱ 1994年 10亿次

银河—Ⅲ 1997年 130亿次

神威—Ⅰ 1999年 3840亿次

深腾1800 2002年 1万亿次

曙光4000A 2004年 11万亿次

神威3000A 2007年 18万亿次

深腾7000 2008年 106.5万亿次

曙光5000A 2008年 230万亿次

天河一号 2009年 1206万亿次

中国超级计算机发展年谱

“天河一号”采用了“多阵列可配置协同并行体系结构”等7项关键创新技术，综合技术水平位居世界前列，具有高性能、高能效、高安全和易使用的特点。

在技术方面，“天河”有如下主要特色：第一，结构设计上，采用通用CPU和GPU结合的构架。它保证“天河一号”在有限场地、有限资金、有限电源容量的情况下实现每秒4701万亿次的高效计算。中国最先在世界上成功运用了这条技术路线。第二，自主研制的互联通信的整套软硬件，可以把几万颗微处理器高效地联系在一起，求解一个问题。它比国际上最好的商用产品快两倍。如果没有高效互联，CPU、GPU数量越多，实用性能反而会越低。

天河的互联通信系统最核心的是两片芯片，一个芯片是路由器，实现数据交换，传统上是一个大的交换开关，在一个单片上用许多小的交换开关，实现了更强大的数据交换能力，这是天河又一技术创新。第二个芯片是网络接口，有效、合理地分配了通信接口的软硬件功能，保证了数据能快速进出计算部件。对高性能计算机而言，好的互联通信系统能保证数据从一个计算部件到另一个目的地快速传递，使多个计算部件协调工作，来求解一个问题。

超级计算机技术篇2

关键词：超级计算机；高性能计算机；FLOPS；超级计算机的进展

中图分类号：TP338.4

超级计算机是一个计算机集群系统，它通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，利用所有被连接系统的综合计算能力来处理大型计算问题[1]。衡量高性能计算机的水准主要是看其计算速度，即每秒多少次浮点操作数，符号记做FLOPS（floating-point operations per second）。随着社会和科技的发展，超级计算机在世界上已经得到了飞速的发展，并且有了广泛的应用。现就世界及中国超级计算机的一些情况，综述如下。

1 世界超级计算机的进展

1.1 世界超级计算机的发展情况。从上个世纪60年代开始，计算机就开始应用于各种商业领域，为了区别这种“通用计算机”，人们将专门针对科学计算进行优化设计的计算机被称为“高性能计算机”，或者叫超级计算机。世界超级计算机生产商有Intel、IBM、NEC、Cary等，中国有联想、曙光、浪潮等。1964年诞生的CDC6600被公认为世界上第一台巨型计算机，其运算速度为1M-FLOPS。70年代初研制成功的STAR-100向量机，是世界上最早的向量机。人们把20世纪70年代出现的向量机看做是第一代高性能计算机。通过在计算机中加入向量流水部件，可以大大提高科学计算中向量运算的速度，其中比较著名的有CDC系列、CRAY系列、NEC的SX系列向量机，中国有代表性的向量机是银河一号及中科院计算所的757计算机[2]。在此之后到20世纪90年代，世界超级计算机进入了其发展的鼎盛时期，其代表机型如1976年Cary公司的Cary-1；1985年Cary-2；1990年SX-3等。自20世纪90年代至今，是超级计算机的飞速发展期，其代表机型如1988年BBN公司的TC200；1992年Intel公司的Paragon；1994年IBM公司的SP2；1996年SGI公司的Origin2000等等。

世界超级计算机的排名每年进行两次，目前最新Top10的排行榜如表1。

表1 2009年6月世界超级计算机Top10

名次 型号 生产商 计算速度

1 Roadrunner IBM 每秒1.105千万亿次

2 Jaguar –Cary XT5 Cary 每秒1.059千万亿次

3 Jugene-BlueGene/P Solution IBM 每秒1.002千万亿次

4 Pleiades-SGI Altix ICE8200EX SCI 每秒608.8万亿次

5 BuleGene/L IBM 每秒607.2万亿次

6 Kraken XT5 Cary 每秒596.3万亿次

7 Blue Gene/P Solution IBM 每秒579.3万亿次

8 Ranger-SunBlade x6420 Sun 每秒557.1万亿次

9 Dawn-Blue Gene/P Solution IBM 每秒501.3万亿次

10 JUROPA-Sun Constellation Dull SA 每秒308.3万亿次

1.2 世界超级计算机的应用。超级计算机是世界高新科技领域的战略制高点，可以广泛应用大规模科学与工程的计算，包括航空航天、装备研制、金融领域等。目前，全球90%以上的高性能计算机用作服务器，主要安装在商业、金融、通信、国防、政府等部门，用于商用计算、事务处理、数据库应用、网络服务等。这类计算机对保障金融安全、通信安全，推进尖端武器研发等具有重要作用。随着软硬件技术能力的提高，高性能计算机正日益走向普及，从通信、金融、军工、气象等大企业的高端应用逐步走向中小企事业单位的普及型应用。

1.3 世界超级计算机的评价。世界超级计算机的高端科技主要集中在发达国家，如美国、日本等。他们利用其雄厚的技术力量，以广泛应用到国防、军事、商业等各行各业，并极大的促进了社会的进步，给社会带来了巨大的经济效益和经济效益。

2 中国超级计算机的进展

2.1 中国超级计算机的发展情况。1959年9月，中国国家科学院计算技术所成功研制出我国第一台大型通用计算机，104计算机，当时它的计算速度是每秒1万次，在我国第一颗原子弹的理论射击和研制中发挥了重要作用。从上个世纪90年代开始，在国家“863计划”的支持下，我国的超级计算机得到了飞速的发展，并成功研制推出多种高性能的计算机，具体情况如表2，中国超级计算机的发展年谱。2008年，联想“深腾7000”和“曙光5000A”百万次级超级计算机研制成功并进入了世界超级计算机TOP500的排行榜[3]。而且曙光5000A在2008年成功跻身于世界超级计算机top10。

据2009年10月底最新消息显示，中国国防科学技术大学已研制成功我国首台千万亿次超级计算机系统——“天河一号”，它的系统峰值性能达到每秒1206万亿次。有关专家认为，“天河一号”的诞生，是我国高性能计算机技术发展的又一重大突破，实现了我国自主研制超级计算机从百万亿次到千万亿次的跨越，使我国成为世界上继美国之后第二个能够研制千万亿次超级计算机系统的国家，也是第一个能够研制千万亿次超级计算机的发展中国家，具有重要的历史意义。

到目前为止，中国是继美国、日本之后的第三大超级计算机的生产国。

表2 中国超级计算机的发展年谱

型号 面世时间 每秒运算速度

104计算机 1959年 1万次

银河—Ⅰ 1983年 1亿次

曙光一号 1992年 6.4亿次

银河—Ⅱ 1993年 10亿次

银河—Ⅲ 1997年 130亿次

神威—Ⅰ 1999年 3840亿次

深腾6800 2003年 5万亿次

曙光—4000A 2004年 11万亿次

神威3000A 2007年 18万亿次

深腾7000 2008年 106.5万亿次

曙光—5000A 2008年 230万亿次

天河一号 2009年10月 千万亿次

2.2 中国超级计算机的应用。超级计算机的广泛应用，可以给社会带来巨大的经济效益和社会效益，至今为止，我国的超级能计算机在研究与应用已取得了一些成功，它不仅广泛应用与军事国防、金融、政府、通信等领域，并也在商业、科技、生产等各种大中型企业单位得到了推广。目前已经规划的应用包括生物医药领域、科学数据库、汽车研制方面、船舶设计、石油开采领域、航天科技领域、气象预报、自然资源考察和远程教育等领域[4]。

例如东方石油公司目前勘探的石油占全世界石油市场的25%，他们依靠的就是用高性能计算机进行物探计算，计算机能力上去了，业务就发展起来了，这就是生产力，从这一点上来说高性能计算机是发展先进生产力很重要的组成部分。再如中科院青岛生物能源与过程研究所利用超级计算机来研究最新的生物能源，此系统主要用于基因组、转录组、蛋白质组、代谢物组等生物学信息的高通量获取、处理、存储、注释、模拟和分析；代谢工程中代谢通量和细胞活动的分析与模拟；酶工程中蛋白质结构及其与其他分子之相互作用的解析和模拟；复杂工程反应过程和反应器的设计与模拟等。另外，超级计算机能计算航空航天工业中的数字风洞，可以减少实验次数，缩短研制周期，节约研制费用；利用超级计算机做气象预报和气候模拟，对厄尔尼诺现象及灾害性天气进行预警，例如国庆60周年期间，国家气象局利用国产高性能计算机，对北京地区进行了集合预报、中尺度预报和短期天气预报，取得了良好的预报结果；此外，在生物医药、生物信息学、船舶设计、汽车设计和碰撞模拟以及三峡工程施工管理和质量控制等领域都有高性能计算机成功应用的实例。

总得说来，中国的超级计算机的应用还有待进一步的推广，以便给国家和社会带来更大的社会效益和经济效益。

2.3 中国超级计算机的评价。在超级计算机领域，我国与世界先进水平还有相当大的差距。这主要表现在：（1）迄今为止，进入世界500强排行榜的国产超级计算机总数只有区区10台，而且这些计算机主要是靠五年一期的国家科技计划支持研制的，没有形成持续均衡发展的态势；（2）国产高性能计算机应用面还不够广泛，目前主要应用在科学工程计算领域，金融等领域，而且超级计算机所需的高端服务器和大型机主要从国外进口，这不仅花费国家巨额资金，而且难以保证数据和信息的安全性；（3）国产高性能计算机产业规模和国内市场份额还很小，与我国的国际经济地位相比，显得有些不平衡；（4）我国高性能计算机的关键元器件，特别是中央处理器芯片目前仍依赖国外厂商[5]。

3 超级计算机的发展趋势预测

随着社会的进步与发展，超级计算机将会有更大突破。我国制定的一系列超级计算机发展战略，如加大了人才的培养力度等，相信我国超级计算机的发展会在机遇和挑战中获得更大的进步，力争赶上并超过发达国家。就超级计算机的未来发展趋势来看，在性能方面，超级计算机将会朝着低耗能、低成本的方向发展；在应用方面，超级计算机将会逐步渗透到中小企业领域，从而极大地促进经济的发展和社会的进步。

4 结语

超级计算机的研制是一项非常复杂的、系统性的工程，提高超级计算机的性能还有许多关键问题有待解决。比如，超级计算机的数据吞吐能力以及高效率工作的问题等等。尽管我国已经能够制造几百万亿次级的高性能计算机，但是超级计算机的整体水平与美国、日本和欧洲发达国家相比，仍有较大的差距[6]。因此进一步发展和提高我超级计算机的水平及应用任重而道远。

参考文献：

[1]李硕，唐胜男.高性能计算机体系结构综述[J].北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室.

[2]樊建平，陈明宇.高性能计算机研究的现状与展望[J].信息技快报，2003，1（5）.

[3]曹来发，贾成科.我国巨型机的发展概述[J].内蒙古科技与经济，2005，1.

[4]刘柏，王文海，于智.高性能计算机发展现状与我国发展高性能计算机遇到的问题[J].广西轻工业，2006，6.

[5]胡永生.我国高性能计算机产业发展的挑战和机遇[J].科技日报，2008.

[6]钱德沛.我国高性能计算机的应用前景及发展中的问题[J].中国信息导报，2005，10.

作者简介：钟焱（1984.6-），女，江西萍乡人，助讲，硕士，研究方向：科研管理。

超级计算机技术篇3

2014年5月27日，在广州市市长陈建华、英国商务创新与技能国务大臣文斯・凯布尔博士的共同见证下，国家超级计算广州中心（以下简称广州超算中心）与英国哈璀超级计算中心（以下简称哈璀超算中心）签署《战略合作备忘录》。

广州超算中心是广州市“科技一号工程”，这里有全球最快的超级计算机“天河二号”，通过这次国际化战略合作“天河二号”将迈入应用的“快车道”，为广东产业发展提供大数据支撑，成为提供高性能计算、高吞吐信息服务和海量数据处理能力的世界一流的超级计算中心，支撑广东省产业升级，推动广州科技创新。

签署了《战略合作备忘录》以后，国防科大研究员、国家超级计算机中心常务副主任卢泽新接受了记者的采访。

“天河二号”成全球最快的超级计算机

“如果把普通计算机的运算速度比做成人走路，那么超级计算机就达到了火箭的速度。在极高的运算速度下，人们可以通过数值模拟来预测和解释以前无法实验的自然现象。就拿天河二号来说，13亿人用计算器算1000年才能达到天河二号1小时的计算量。”卢泽新说。

据了解，国家超级计算广州中心于2013年11月由国家科技部正式授牌，总投资超过25亿元人民币，是国家“十二五”“863计划”重大科技项目，由广东省政府、广州市政府、国防科学技术大学、中山大学四方共同建设。

“天河二号”超级计算机系统是国家863计划和核高基重大专项的标志性成果，是新一代银河高性能计算机关键技术突破的成功应用，一期系统峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次、能效比每瓦特19亿次，双精度浮点运算，位列2013年6月、11月世界TOP500排行榜第一，综合技术水平处于国际领先地位，是我国超级计算技术发展取得的重大进展， 2015年底将提供每秒11亿亿次高性能计算机系统。

2013年下半年，“天河二号”一期系统安装交付位于中山大学东校区的国家超级计算广州中心。记者看到，“天河二号”占地约800平方米，由170个机柜组成。

卢泽新告诉记者：“天河二号是当今世界上运算速度最快的超级计算机，综合技术处于国际领先水平。它有五大特点：一是高性能，峰值速度和持续速度都创造了新的世界纪录。二是低能耗，能效比为每瓦特19亿次，达到了世界先进水平。三是应用广，主打科学工程计算，兼顾了云计算。四是易使用，创新发展了异构融合体系结构，提高了软件兼容性和易编程性。五是它的性价比高”。

据介绍，在信息爆炸和科学不断进步的时代里，要推动一个领域继续向前发展，超级计算机的存在是必不可少的。

如今，超级计算机也成为衡量一国科技实力的标志，在诸如天气预报、基因工程、核工业、军事、天体物理模拟、航空航天等高科技领域大展身手。

在产业升级方面，天河二号可以应用于汽车、船舶、机械制造、电子产品等传统产业的升级转型，形成“创新、设计、制造”的完整产业链；可应用于节能、环保、生物制药、新材料、新能源等战略性新兴产业，是支撑产业创新发展的倍增器；还可直接带动微电子、光通信、软件研发等相关产业的发展，是引领高端信息产业发展的辐射源。

超级计算机

开始渗入广州产业

“智慧城市的建设也可以用到‘超算’。现在广州有20万个摄像头，目前处于有事才找视频的状态，如果对这些信息进行管理、控制，进行数据分析后再加以利用，对城市建设将产生很大帮助。”卢泽新表示。

尽管如此，由于早期的超级计算机大量应用于部级的科研项目，让公众对超级计算机还十分陌生，造成一个超级计算机跟自己的生活关系不大的印象。

但是实际上，随着超级计算机的不断发展，它所延伸的领域大多已与民生息息相关。有数据显示，“天河一号”为汽车装备、石油物探、动漫渲染、生物医药等相关企业带来上亿元效益，辐射区域和行业经济规模近百亿元。

“天河二号”作为广州超算中心的主机，在计算规模、计算精细度和计算效率等方面已大大超过“天河一号”，它的运用已渗入广州产业。

卢泽新介绍，计算效率尤其显著，以500人规模的全基因组信息关联性分析为例，华大基因利用自有计算机系统需1年时间，利用“天河二号”只需3个小时。以汽车设计为例，在超级计算机的帮助下，原来需要两至三年的新车型设计，可缩短到5个月完成，并可模拟实现优化设计、防撞性能测试。

“天河二号”先导系统运行以来，已经在生物医药、汽车设计与碰撞、动漫、气象研究等领域开展应用，共吸引200多个客户，最新资源运用率达到80%。

目前，“天河二号”已应用于生物医药、新材料、工程设计与仿真分析、天气预报、气候模拟与海洋环境研究、数字媒体和动漫设计等多个领域，开始为多家用户单位提供超级计算服务。

据了解，随着超级计算机不断向前发展，它所能延伸的领域也有很多，例如与人们生活密切相关的天气预报和气候模拟、地震预报、三维地图以及大数据等应用。

超级计算机有着广泛的应用前景

超级计算机开发“大数据”软件在智慧城市、个性化医疗、天体物理等方面也有着广泛的应用前景。据了解，目前整个珠三角以及港澳地区，均有大量的数据运算需求。

以广州地区为例，共有规模以上医药企业76家，产值近120亿元，均拥有极高的药理试验性数据运算需求。相比超级计算机硬件的快速发展，目前全世界更看重超算应用领域的研究。

卢泽新认为，“天河二号”超级计算机的建造服务于公共事业，在硬件速度上已经是全球第一，但是就目前来说我国的短板主要体现在软件和应用方面。

据了解，我国在超算应用领域还十分薄弱，九成以上的超算软件都依赖于国外进口。这也导致了我国虽然拥有性能很强的大型超算系统，却缺乏相匹配的大规模并行软件，很多大型超级计算机不得不拆分成小规模的集群来跑应用，大系统并没有发挥出应有的价值。最后卢泽新说：“这实在是一种很大的浪费”。

相关链接

超级计算机技术篇4

美国田纳西大学教授杰克.唐加拉曾于今年5月对“天河二号”进行了现场考察。他在研究报告中指出，标准测试显示，“天河二号”运算速度比排行榜上的亚军——美国的“泰坦”快了74%。唐加拉表示：“‘天河二号’颇富中国特色，互联网络、操作系统、前端处理器、软件等都主要由中国技术人员发明创造。”

据了解，“天河二号”采用了4000个中国制造的FT-1500处理器，但只占全部处理器的1/ 8，CPU为什么不能全部国产化？中国超级计算机何时才能完全走向自主创造？这也是关注我国超级计算机和信息化事业发展的人们都关心的话题。

“天河二号”打造超算新格局

据了解，由280人历时两年，耗资约1亿美元研制的“天河二号”即将于2013年下半年落户广州超算中心，其先导系统已开始为生物医药、新材料等领域用户提供服务。

和“天河一号”相比，“天河二号”在核心指标方面有了大幅提升，它的峰值速度和持续速度都比“天河一号”提高了10倍以上，而两者的占地面积相当。另外，对于执行相同的计算任务，“天河二号”的耗电量只有“天河一号”的1/3。这意味着“天河二号”有能力去解决一些过去“天河一号”所不能解决的问题。比如回溯地球上的气候变迁历史，“天河一号”可以模拟2000年前的变化，“天河二号”则可以模拟到5000年前甚至更远；采用传统手段研发新车，一般要经过上百次碰撞实验、历时两年多才能完成，而利用“天河二号”进行模拟，只需3到5次实车碰撞、两个月即可实现。

在此次超级计算机500强排名夺冠之后，“天河”也与“天宫”、“神舟”一道，成为国家竞争力的一个象征。专家们表示，今后，全球最快超级计算机的位置将可能出现由中美日三国计算机交替把持的局面。据了解，目前美国拥有全球500强超级计算机的一半以上。中国共有65个超级计算机进入500强榜单，位居第二。日本以30个位列第三。世界上运算速度最快的超级计算机宝座近年来一直被美国、中国、日本三国交替占据。英国、法国和德国分别以29个、23个和19个位列第四至第六位。

中国科学院超级计算中心主任迟学斌表示，最近10年，美国超级计算机性能提升了500倍，中国超级计算机性能则提升了5000倍。这意味着中国超算的发展速度和发展潜力已经进入世界领先行列。3年中两度研发出全球速度最快的超级计算机，短短十几年里拥有超级计算机的数量从零跃居世界第二，这个成绩显示了中国科技实力的巨大进步。不过美国仍是超级计算机运用最为广泛的国家，因为超级计算机500强中，有超过一半属于美国。日本、欧洲也实力强劲，今后的国际竞争将会非常激烈。

未来在超算领域，是既有竞争，也有合作，科学家们对此表示了乐观的态度。据了解，目前国家超级计算天津中心已与欧盟相关研究机构联合开展基于“天河一号”核心技术的并行计算技术研究。美国工程院院士、超级计算机Top500主持人杰克.唐加拉也认为，在工程资金竞争激烈的情况下，一些国家难以承担超级计算机的巨额费用，联合各国共同研制计算机，将使各方受益。

技术走向自主创造

一般人们将摩尔定律表述为计算机芯片的性能每18个月翻一番，但看看超级计算机Top500榜单的变化就会发现，超级计算机的性能其实是每14个月就增加一倍，比摩尔定律预言的更快，这是超级计算机采用了并行处理的结果。据了解，目前超级计算机的基本组成与我们手中的个人电脑相比并无太大差异，规格与性能则强大太多。以处理器CPU为例，目前的个人电脑一般是两到四核，而像“天河二号”这样的超级计算机则会集成数以万计的CPU。

据迟学斌介绍，“天河二号”运算能力和国内外的超级计算机相比处于领先位置。在超级计算机超级运算速度下，人们可以完成普通计算机不能完成的大型复杂课题。假设每人每秒钟进行1次运算，需要我国13亿人同时用计算器算上1000年才能完成的运算工作，“天河二号”花上1小时就能完成。同时“天河二号”由170个机柜组成，内存总容量达到1400万亿字节，存储总容量12400万字节，相当于存储每册10万字的图书600亿册，容得下4个国家图书馆的藏书。

为了自主可控的需要，“天河二号”使用的是国产“麒麟”操作系统，该系统不仅能在超级计算机中运用，其在国家电网d5000项目中已经得到使用，截至2012年底已部署上线3000余节点，广泛应用在全国20余省市。

“天河二号”的另一个独创之处是微异构融合体系。我国科技人员首创的独具匠心的“CPU+GPU异构融合体系”曾在“天河一号”中获得成功，之后这种结构已被国际上很多超级计算机采用。这次中国设计师们再辟蹊径：“天河二号”没有继续使用GPU，而是用被称为MIC的英特尔部件作为加速器。这一被称为“新型异构多态体系结构”的全新搭配方式不仅大大提高了机器的计算速度，还将“天河二号”的应用从科学计算拓展至高效大数据处理、高吞吐率和高安全信息服务等多个领域。

为什么有了中国芯，“天河二号”还得使用外国芯片？对此“天河二号”副总指挥李楠坦陈，“天河二号”无法完全使用国产CPU，是出于软件兼容性的需要。“超级计算机有5个核心要素：体系结构、互联技术、操作系统、CPU和应用软件，缺一不可”。李楠说，“天河二号”独创的异构多态体系结构很可能再次引领国际潮流，自主研发的高速互联性能是国际商用产品的两倍，国产“麒麟”操作系统具有很高的安全性。“因此，前三个要素我们都解决得很好，但后两个要素是短板。”

据了解，“天河二号”运用于一般科学计算的计算阵列，是由4000个国产FT-1500和英特尔商用CPU共同构建的。实际上，这两款中央处理器的性能相当接近。单个英特尔CPU集成12个核，主频2.2G赫兹，功耗110瓦。而单个FT-1500集成16个处理器核，主频1.8G赫兹，功耗65瓦，在节能方面甚至更有优势。

超级计算机技术篇5

[关键词]网格；互联网；数据库；资源共享

现代社会由于大规模的科学和工程计算的需求，迫使计算机必须不断地提高其运算速度和存储容量。计算机的发展历史表明，为了达到更好的处理性能，除了必须提高系统的硬件的速度外，系统的结构也必须不断改进，特别是当元器件的速度达到极限时，后者将变成焦点问题。于是，超级并行机已经成为复杂科学计算领域的主宰。但以超级计算机为中心的计算模式存在明显的不足，而且目前正在经受挑战。而随着人们在日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们迫切需要数据处理能力更强大的计算机，而超级计算机的价格显然阻止了它进入普通人的工作领域。于是，人们开始寻找一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们经过努力找到了答案——GridComputing（网格计算）。

网格（grid）是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。网格也是一种先进的计算基础设施（AdvancedComputationalInfrastructure，简称ACI），用于研究与工程应用相结合的项目，学科领域涉及超级计算技术、网络技术、数据库技术、中间件技术、并行算法和各种计算科学研究与应用技术，是一个综合性的跨学科高技术研究课题。网格计算（GridComputing）是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，是将地理上分布的计算资源（包括数据库、贵重仪器等各种资源）充分利用起来，协同解决复杂的大规模问题,特别是解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题，是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能力超强；另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。

近年来，随着计算机计算能力的迅速增长，互联网络的普及和高速网络成本的大幅度降低以及传统计算方式和计算机的使用方式的改变，网格计算已经逐渐成为超级计算发展的一个重要趋势。网格计算是一个崭新而重要的研究领域，它以大粒度资源共享，高性能计算和创新性应用为主要特征，必将成为21世纪经济发展的重要推动力。

二十世纪九十年代以来，世界各个国家，尤其是发达国家，建立了很多超级计算应用中心（NCSA）和工程研究中心，美国还制定了新一轮规划的先进计算框架计划(ACIP),发展面向21世纪的先进计算技术.我国在科技部的领导和主持下，经过306主题专家组及相关单位的努力，作为我国高性能计算和信息服务的战略性基础设施的国家高性能计算环境发展很快。在已建成的5个部级高性能计算中心基础上，又于中南、西北等地建立了新的国家高性能计算中心，科技部并加强了网格节点的建设，形成以科学院为主体的计算网格。教育部也启动了网格计算工程，第一批12个网点正在建设中，国家基金委也列出专向基金资助网格计算。

网格是借鉴电力网（electricpowergrid）的概念出来的，网格的最终目的是希望用户在使用网格的计算能力时，就如同现在使用电力一样方便简单。

在科学计算领域，网格计算可以在以下几个方面得到广泛应用：

1.分布式超级计算。网格计算可以把分布式的超级计算机集中起来，协同解决复杂的大规模的问题。使大量闲置的计算机资源得到有效的组织，提高了资源的利用效率，节省了大量的重复投资，使用户的需求能够得到及时满足。

2.高吞吐率计算。网格技术能够十分有效地提高计算的吞吐率，它利用CPU的周期窃取技术，将大量空闲的计算机的计算资源集中起来，提供给对时间不太敏感的问题，作为计算资源的重要来源。

3.数据密集型计算。数据密集型的问题的求解往往同时产生很大的通讯和计算需求，需要网格能力才可以解决。网格可以药物分子设计、计算力学、计算材料、电子学、生物学、核物理反应、航空航天等众多的领域得到广泛的需求。

4.基于广泛信息共享的人与人交互。网格的出现更加突破了人与人之间地理界线的限制，使得科技工作者之间的交流更加的方便，从某种程度上可以说实现人与人之间的智慧共享。

5.更广泛的资源贸易。随着大型机的性能的提高和微机的更加普及，及其资源的闲置的问题也越来越突出，网格技术能够有效地组织这些闲置的资源，使得有大量的计算需求的用户能够获得这些资源，资源的提供者的应用也不会受到太大的干扰。需要计算能力的人可以不必购买大的计算机，只要根据自己的任务的需求，向网格购买计算能力就可以满足计算需求。

早期的网格体系结构是五层沙漏结构。在五层沙漏结构中，最重要的思想是以“协议”为中心，它侧重于外部的行为而不是内部的特征，通过协议可以实现一种机制，使得虚拟组织的拥护与资源之间可以进行资源使用的协商，建立共享关系，并且可以进一步管理和开发新的共享关系。这一标准化的开放结构对网格的扩展性、互操作性、一致性以及代码的共享都有好处。

在2002年的2月，IBM与Globus共同发表了OGSA（OpenGridServicesArchitecture），勾勒了GlobusToolkit3.0的蓝图。OGSA主要是将WebServices、数据库存取、J2EE等技术规范纳入网格计算。初步的规范已经公布在网络上供大家评估建议。

五层沙漏模型中，强调的是被共享的物理资源（或者是这些资源所支持的服务）在OGSA中，服务所指的概念更广，包括各种计算资源、存储资源、网络、程序、数据库等等，一切都是服务。五层模型实现的是对资源的共享，而在OGSA中，实现的对服务的共享。在OGSA中一切都看作是网格服务，网格是可扩展的网格服务的集合，即网格={网格服务}。

以网格服务为中心的模型的好处有以下几点：

网格中所有组建都是虚拟的，通过提供一组相对统一的核心接口，所有的网格服务都基于这些接口的实现，就可以很容易地构造出具有层次结构的、更高级别的服务，这些服务可以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待。

虚拟化也使得将多个逻辑资源实例映射到相同的物理资源上成为可能，在对服务进行组合时不必考虑具体的实现，可以以底层资源组成为基础，在虚拟组织中进行资源管理。通过网格服务的虚拟化，可以将通过的服务语义和行为，无缝地映射到本地平台的基础设施之上。

结语：网格计算将成为未来网络市场发展的热点。据《ForbesASAP》预测，网格技术将在近年度达到高峰，并带来因特网的新生。如果网格技术能促使市场按预期的17%年增长率持续成长的话，那么在2020年将会形成一个年产值20万亿美元的大产业.

【参考文献】

[1]李秀.计算机文化基础[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2]王森.计算机原理[M].北京：电子工业出版社，2002.

[3]施伯乐.数据库教程[M].北京：人民邮电出版社，2004.

超级计算机技术篇6

【关链词】计算机发展趋势 新型计算机

一、 前言

计算机的发展将趋向超高速、超小型、并行处理和智能化。自从1944年世界上第一台 电子 计算机诞生以来，计算机技术迅猛发展，传统计算机的性能受到挑战，开始从基本原理上寻找计算机发展的突破口，新型计算机的研发应运而生。未来量子、光子和分子计算机将具有感知、思考、判断、学习以及一定的自然语言能力，使计算机进人人工智能时代。这种新型计算机将推动新一轮计算技术革命，对人类社会的发展产生深远的影响。

二、智能化的超级计算机

超高速计算机采用平行处理技术改进计算机结构，使计算机系统同时执行多条指令或同时对多个数据进行处理，进一步提高计算机运行速度。超级计算机通常是由数百数千甚至更多的处理器(机)组成，能完成普通计算机和服务器不能计算的大型复杂任务。从超级计算机获得数据分析和模拟成果，能推动各个领域高精尖项目的研究与开发，为我们的日常生活带来各种各样的好处。最大的超级计算机接近于复制人类大脑的能力，具备更多的智能成份.方便人们的生活、学习和工作。WwW.133229.CoM世界上最受欢迎的动画片、很多耗巨资拍摄的电影中，使用的特技效果都是在超级计算机上完成的。日本、美国、以色列、

3.分子 计算 机

分子计算机体积小、耗电少、运算快、存储量大。分子计算机的运行是吸收分子晶体上以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。分子计算机的运算过程就是蛋白质分子与周围物理化学介质的相互作用过程。转换开关为酶，而程序则在酶合成系统本身和蛋白质的结构中极其明显地表示出来。生物分子组成的计算机具备能在生化环境下，甚至在生物有机体中运行，并能以其它分子形式与外部环境交换。因此它将在医疗诊治、遗传追踪和仿生工程中发挥无法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自动机模型、仿生算法、分子化学反应算法等几种类型。分子芯片体积可比现在的芯片大大减小，而效率大大提高，分子计算机完成一项运算，所需的时间仅为10微微秒，比人的思维速度快100万倍。分子计算机具有惊人的存贮容量，1立方米的dna溶液可存储1万亿亿的二进制数据。分子计算机消耗的能量非常小，只有 电子 计算机的十亿分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白质分子，所以分子计算机既有自我修复的功能，又可直接与分子活体相联。美国已研制出分子计算机分子电路的基础元器件，可在光照几万分之一秒的时间内产生感应电流。以色列 科学 家已经研制出一种由dna分子和酶分子构成的微型分子计算机。预计20年后，分子计算机将进人实用阶段。

4.纳米计算机

纳米计算机是用纳米技术研发的新型高性能计算机。纳米管元件尺寸在几到几十纳米范围，质地坚固，有着极强的导电性，能代替硅芯片制造计算机。“纳米”是一个计量单位，大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速 发展 起来的新的前沿科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。现在纳米技术正从微电子机械系统起步，把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积只有数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。美国正在研制一种连接纳米管的方法，用这种方法连接的纳米管可用作芯片元件，发挥电子开关、放大和晶体管的功能。专家预测，10年后纳米技术将会走出实验室，成为科技应用的一部分。纳米计算机体积小、造价低、存量大、性能好，将逐渐取代芯片计算机，推动计算机行业的快速发展。

我们相信，新型计算机与相关技术的研发和应用，是二十一世纪科技领域的重大创新，必将推进全球 经济 社会高速发展，实现人类发展史上的重大突破。科学在发展，人类在进步， 历史 上的新生事物都要经过一个从无到有的艰难历程，随着一代又一代科学家们的不断努力，未来的计算机一定会是更加方便人们的工作、学习、生活的好伴侣。

参考 文献 ：

[1]刘科伟，黄建国.量子计算与量子计算机.计算机工程与应用，2002，(38).

[2]王延汀.谈谈光子计算机. 现代 物理知识，2004，(16).

[3]陈连水，袁凤辉，邓放.分子计算机.分子信息学，2005，(3).

[4]官自强.纳米科技与计算机技术.现代物理知识，2003，(15).

超级计算机技术篇7

在最近一次公布的第26届国际TOP500排名中，IBM所设计的“蓝色基因/L”超级计算系统再一次登上全球速度最快的超级计算机的宝座。蓝色基因/L与著名的人机大战中的“深蓝”为同一种源，它不仅代表着IBM在计算系统的最高成就，也同时代表着全球计算系统的最高成就。在近期北京举行的国际计算机创新大会上，蓝色基因的一个机架来到了北京，呈现于中国人的面前。

蓝色基因超级计算系统的浮点运算速度为每秒钟280.6万亿次，是上届TOP500第一名地球模拟器浮点运算速度的7倍。蓝色基因系统是由大量运算节点组成，采用IBM PowerPC嵌入式处理器、嵌入式DRAM和系统芯片技术，并整合所有系统功能，其中包括计算处理器、通讯处理器、三层高速缓存，在单一ASIC上有着复杂路径的多重高速互联网络。将1024个计算节点(一个节点内含2颗PowerPC嵌入式处理器)放在单一机架内进行密集封装。

蓝色基因最高可以扩充到65536个计算节点(共计131072颗处理器)，即64个机架，其峰值速度可达到367万亿次浮点运算速度，除了成本效益，还具有低耗电、冷却效果好及节省占地面积等特色。

随着蓝色基因的到来，记者也有幸采访到IBM蓝色基因的主要负责人IBM工程技术服务部蓝色基因系统解决方案全球总监Ralph E.Warmack博士。Warmack博士详细介绍了蓝色基因从芯片到今天这样庞大系统的发展历程。无论是早期的Bipolar，还是90年代的CMOS，在主频、耗电等方面都远远不能满足今天超级计算系统的要求。目前蓝色基因能有如此高性能，主要归功于PowerPC处理器。但Warmack博士并不认为芯片技术已到极致，他讲道，芯片技术仍然是他们未来要攻克的两大技术难关之一，另一个技术难关是超级计算系统内部及外部的高速网络。

毋庸置疑的是超级计算系统的研发投入一定不斐，记者本希望IBM能够把它在超级计算机的资金投入产出情况介绍给国内有志于此的企业，Warmack博士却不愿透露IBM的研发经费，不过从他的讲话“回报正在逐渐进来”可以窥见一斑。他透露，在2005年，IBM总共销售了88个类似于北京所展示的机柜。值得一提的是，记者在创新大会上有幸遇到了李国杰院士，李院士告诉记者，中国政府在超级计算机领域还将投入更多的资金。希望高科技企业在利用这些这些资金为国争光的同时，也能真正为纳税人谋福利。

超级计算机技术篇8

[论文摘要]论述网格计算的发展概况，在科学领域的应用范围，网格服务的特点以及在未来网络下场中的发展潜力。

一、网格计算的由来与发展

网格计算是伴随着互联网技术而迅速发展起来的，是将地理上分布的计算资源（包括数据库、贵重仪器等各种资源）充分运用起来，协同解决复杂的大规模问题，特别是解决仅靠本地资源无法解决的复杂问题，是专门针对复杂科学计算的新型计算模式。这种计算模式是利用互联网把分散在不同地理位置的电脑组织成一个“虚拟的超级计算机”，其中每一台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算机是由成千上万个“节点”组成的“一张网格”，所以这种计算方式叫网格计算。这样组织起来的“虚拟的超级计算机”有两个优势，一个是数据处理能力超强，另一个是能充分利用网上的闲置处理能力。简单地讲，网格是把整个网络整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享。

近几年，随着计算机计算能力的迅速增长，互联网络的普及和高速网络成本的大幅降低以及传统计算方式和计算机的使用方式的改变，网格计算已经逐渐成为超级计算发展的一个重要趋势。网格计算是一个崭新而重要的研究领域，它以大粒度资源共享、高性能计算和创新性应用为主要特征，必将成为21世纪经济发展的重要推动力。

二十世纪九十年代以来，世界各个国家，尤其是发达国家，建立了很多超级计算应用中心和工程研究中心，美国还制定了新一轮规划的先进计算框架（ACIP），发展面向21世纪的先进计算技术。我国在科技部的领导和主持下，经过专家组及相关单位的努力，作为我国高性能计算和信息服务战略性基础设施的国家高性能计算环境发展很快。在已经建成的5个部级高性能计算中心的基础上，又于中南、西北等地建立了新的国家高性能计算中心，科技部加强了网络节点的建设，形成了以科学院为主体的计算网格。教育部也启动了网格计算工程，第一批12个网点正在建设之中，国家基金委也列出专项基金资助网格计算。

网格是借鉴电力网的概念出来的，网格的最终目的是希望用户在使用网格的计算能力时，就如同现在使用电力一样方便简单。

二、网格计算的应用

（一）分布式超级计算

网格计算可以把分布式的超级计算机集中起来，协同解决复杂大规模的问题。是大量的闲置计算机资源得到有效的组织，提高了资源的利用效率，节省了大量的重复投资，使用户的需求能够得到及时满足。

（二）高吞吐率计算机

网络技术能够十分有效地提高计算的吞吐率，它利用CPU周期窃取技术，将大量闲置计算机的计算资源集中起来，提供给对时间不太敏感的问题，作为计算资源的重要来源。

（三）数据密集型计算

数据密集型计算的问题求解通常同时产生很大的通讯和计算需求，需要网格能力才可以解决。网格已经在药物分子设计、计算力学、计算材料、电子学、生物学、核物理反映、航空航天等众多领域得到广泛应用。

（四）给予更广泛信息共享的人与人交互

网格的出现更急突破了人与人之间地理界线的限制，使得科技工作者之间的交流更加的方便，从某种程度上说，可以实现人与人之间的智慧共享。

（五）更广泛的资源贸易

随着大型机性能的提高和微机的更加普及，其资源的闲置问题越来越突出，网络技术可以有效地组织这些闲置资源，使得有大量的计算需求用户能够获得这些资源，而资源提供者的应用也不会受到太大的干扰。

三、网格计算应用的优点

（一）网络中所有的服务都基于这些接口的实现，就可以很容易的构造出具有层次结构的、更高级别的服务，这些服务可以跨越不同的抽象层次，以一种统一的方式来看待。

（二）虚拟化也使得多个逻辑资源应射到相同的物理资源上成为可能，在对服务进行组合时不必考虑具体的实现，可以以低层资源组成为基础，在虚拟组织中进行货源管理。

四、网格的分类

网格是指把整个整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，其规模可以大到某个州，小到企事业单位、局域网、甚至家庭和个人。

目前，在复杂科学计算领域中仍然以超级计算机作为主宰，但是由于其造价极高，通常只被用于航空航天、气象等部级部门。网格计算作为一种新型计算模式，其低廉的造价和超强的数据处理能力备受青睐。

五、结束语