【正文】 潮等企業(yè)組成的戰(zhàn)國逐鹿時(shí)代正式拉開序幕。由以上分析可見，加快高性能計(jì)算機(jī)自主創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化工作對(duì)中國高端高性能應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算機(jī)國產(chǎn)化具有深遠(yuǎn)的意義，這不僅關(guān)系著民族產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更關(guān)系著國家信息應(yīng)用的國防安全，意義深遠(yuǎn)。而在社會(huì)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)領(lǐng)域，近年來高性能計(jì)算正獲得越來越多的應(yīng)用，如在金融、電信、游戲、能源、氣象、教育、公共服務(wù)、國防等行業(yè)都有比較成熟的應(yīng)用實(shí)例。以上是在高性能計(jì)算總體性能飛速發(fā)展的情況下各應(yīng)用領(lǐng)域的相對(duì)變化，而絕對(duì)趨勢是高性能計(jì)算在各領(lǐng)域的應(yīng)用都在不斷加強(qiáng)。NERSC（美國國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心）是美國科學(xué)研究高性能計(jì)算服務(wù)的主要提供者。從以上諸多應(yīng)用可看出，模擬與仿真是高性能計(jì)算應(yīng)用的一種主要手段。l 研究采用 “從頭計(jì)算”分子動(dòng)力學(xué)方法。仿真的成功似乎暗示1a型超新星是星系間距離的標(biāo)注。勞倫斯利物摩爾國家試驗(yàn)室的核武器儲(chǔ)備管理（Stockpile Stewardship Program）項(xiàng)目（2007年7月）藍(lán)色基因（Blue Gene/L）l 對(duì)超離子化水、以及石墨轉(zhuǎn)化為鉆石的模擬仿真。通過研究較小的氨基酸鏈—縮氨酸，發(fā)現(xiàn)其折疊主要是由縮氨酸如何部分與水相互作用所決定的。日本橫濱市立大學(xué)借助Cray XT4（TM） 超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性生物信息學(xué)研究（2007年10月）Cray XT4 系統(tǒng)內(nèi)含雙核AMD Opteron（TM） 處理器、最高運(yùn)算性能超過4千兆?？的螤柎髮W(xué)高級(jí)計(jì)算中心發(fā)現(xiàn)新的人類基因（2007年11月）在包括850個(gè)節(jié)點(diǎn)的Linux平臺(tái)集群系統(tǒng)上運(yùn)行了三種不同的算法，用于比較生物基因的各種組合排序l 發(fā)現(xiàn)了300種以前未知的人類基因，并發(fā)現(xiàn)了幾百種已知基因的擴(kuò)展。結(jié)果顯示，這顆小行星的重量可能比之前認(rèn)為的小3到4倍，直徑可能只有65英尺（20米）左右。研究人員再把模擬計(jì)算結(jié)果繪成和溫度對(duì)應(yīng)的圖表，結(jié)果顯示，黑洞能量隨溫度的變化情況與霍金的理論一致。其實(shí)，這得益于高性能計(jì)算向商業(yè)計(jì)算市場的傾斜。當(dāng)前全球高性能計(jì)算機(jī)市場保持高速的增長，據(jù)IDC 2008年10月統(tǒng)計(jì)，全球高性能計(jì)算機(jī)市場在2012年將達(dá)到1561億美金，%，可以說這是一個(gè)飛速增長的領(lǐng)域，基于機(jī)群、多核、節(jié)能等諸多技術(shù)的推動(dòng)，當(dāng)前高性能計(jì)算機(jī)有著飛速的發(fā)展。該對(duì)撞機(jī)將產(chǎn)生空前的數(shù)據(jù)：每秒產(chǎn)生100MB原始數(shù)據(jù)，每年的數(shù)據(jù)量為14PB。歐洲高性能計(jì)算工作組（High Performance Computing in Europe Taskforce, HET）在《歐洲千萬億次超級(jí)計(jì)算（Petascale Computing in Europe）》報(bào)告中對(duì)5個(gè)不同領(lǐng)域的關(guān)鍵挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析總結(jié)，指明了這些領(lǐng)域?qū)ηf億次級(jí)超級(jí)計(jì)算的需求，如下表：表6：需要千萬億次超級(jí)計(jì)算應(yīng)對(duì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)挑戰(zhàn)與可能成效天氣、氣候與地球科學(xué)氣候變化通過增加“全地仿真系統(tǒng)”的容量與模型復(fù)雜度，對(duì)全球氣候變化與溫室效應(yīng)的不確定性程度進(jìn)行量化，并分析其可能造成的影響。天體物理、高能物理與等離子物理天體物理重大的挑戰(zhàn)性問題包括：行星與恒星的形成、宇宙整體的演化過程、物質(zhì)與能量的自然屬性。等離子體物理磁約束熱核聚變反應(yīng)堆計(jì)劃（ITER）為該領(lǐng)域的理論與建模技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)性需求。生命科學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)l 通過復(fù)雜模型來描述細(xì)胞、組織、器官和生物體整體的行為，并通過計(jì)算模擬來定量描述和預(yù)測生物功能、表型和行為。大規(guī)模蛋白質(zhì)預(yù)測研究蛋白質(zhì)的大型構(gòu)象變化，該領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)在于蛋白質(zhì)誤折疊、未折疊和復(fù)折疊的計(jì)算仿真。醫(yī)學(xué)l 多數(shù)疾?。ɡ缧呐K疾病、癌癥、中風(fēng)以及呼吸道疾?。┖拖鄳?yīng)療法（無論是外科治療、經(jīng)導(dǎo)管還是藥物治療）都包括從分子到器官范圍內(nèi)的所有復(fù)雜的物理反應(yīng)和生物系統(tǒng)之間的相互反應(yīng)。l 全基因組測序?yàn)榇笠?guī)?；蚍中脱芯刻峁┝舜罅靠捎眯畔ⅲ纾簩?duì)多基因疾病和不良代謝藥物影響的預(yù)測，或者對(duì)藥物與大分子的相互作用等進(jìn)行仿真。對(duì)這些問題的研究需要建立高分辨率的流場模型，對(duì)人體組織及其相互作用進(jìn)行詳盡的生物醫(yī)學(xué)數(shù)值模擬。綠色航天器設(shè)計(jì)新一代的“綠色航天器”，需要高效能的數(shù)值仿真和優(yōu)化能力，對(duì)實(shí)際運(yùn)行中的飛行器進(jìn)行全機(jī)模擬仿真，其中包括多學(xué)科的耦合分析。 高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢 開放是趨勢實(shí)際上中國高性能計(jì)算機(jī)經(jīng)常面臨的情況：盡管標(biāo)準(zhǔn)越來越開放，也有不少廠商想著推出更大眾化的產(chǎn)品，但是在現(xiàn)實(shí)中還是存在著產(chǎn)品兼容性問題，產(chǎn)品價(jià)格方面的問題。并且HP在過去的2008年 里，其大型機(jī)出貨量一度追平了IBM。而目前的趨勢看SSI規(guī)范和國產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)有許多相通的地方。但是許多大廠家由于自身技術(shù)發(fā)展道路不同，大勢研判不同，或者出于商業(yè)利 益考慮，并不能在短時(shí)間內(nèi)開放所有的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，中國高性能計(jì)算聯(lián)盟的主要成員包括：某市計(jì)算中心、聯(lián)想集團(tuán)(某)有限公司，曙光信息產(chǎn)業(yè)（某）有限公司、中科院計(jì)算技術(shù)研究所、中興通訊股份有限公司、瀾起科技（上海）有限公司、某中科紅旗軟件技術(shù)有限公司、工信部軟件與集成電路促進(jìn)中心、杭州華三通信技術(shù)有限公司、泰科電子（上海）有限公司、英特爾（中國）有限公司、深圳寶德科技股份有限公司。在這種先進(jìn)生產(chǎn)力中高性能計(jì)算機(jī)（超級(jí)計(jì)算機(jī)）更是具有代表性?？茖W(xué)計(jì)算也直接服務(wù)于實(shí)用科技，并為理論的發(fā)展提供依據(jù)和機(jī)會(huì)。為此要求數(shù)值模擬達(dá)到高分辨、高逼真、三維、全物理和全系統(tǒng)的規(guī)模和能力，這樣對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求非常高，其峰值速度就要求達(dá)到Tflops(每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算) 的規(guī)模。b) 多學(xué)科綜合設(shè)計(jì)領(lǐng)域中大量多部門協(xié)同計(jì)算需要構(gòu)建高性能的綜合平臺(tái)。d) 高性能計(jì)算提升眾多行業(yè)服務(wù)、決策的時(shí)效性，提高經(jīng)濟(jì)效益。 各國政府對(duì)高性能計(jì)算的重視高性能計(jì)算發(fā)展及應(yīng)用水平正日益成為一個(gè)城市乃至一個(gè)國家科研實(shí)力的重要標(biāo)志之一。美國政府和IBM公司合作推動(dòng)了藍(lán)色基因（Blue Gene）方案，研制出了百萬億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)。歐洲在高性能計(jì)算機(jī)的應(yīng)用方面也不甘示弱，如英國國家氣象局，已用性能更高的由30個(gè)NEC SX6節(jié)點(diǎn)組成的超級(jí)計(jì)算機(jī)，取代原有的專用Cray T3Es超級(jí)計(jì)算機(jī)。沒有自己的高性能計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)，我國很多領(lǐng)域的科技創(chuàng)新無法突破，更多行業(yè)的信息化無法得到整合和提升，國防安全和國家長期發(fā)展受制于人。2. 產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)、趨勢及我國存在的差距和不足 產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀、主要特點(diǎn)1997年，Intel公司發(fā)布了世界首臺(tái)萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)ASIC Red，2005年IBM公司發(fā)布的BlueGene/L首次突破百萬億次。從中可以看出，不論是從數(shù)量上，還是從性能上，美國都占據(jù)了全球50%以上的份額。從中可以看出，向量機(jī)已經(jīng)基本退出了高性能計(jì)算機(jī)排行，而cluster結(jié)構(gòu)則以80%的份額在高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中占據(jù)統(tǒng)治地位。 ②大部分的并行應(yīng)用的效率依然較低, 無法高效的使用并行計(jì)算機(jī)的資源。 ③ 第三階段, 80年代末至今, 主要從事MPP(massively parallel processor)系統(tǒng)及工作站集群系統(tǒng)研究. 從十九世紀(jì)七十年代高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)入市場以來，高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展日趨繁盛。整個(gè)計(jì)劃分三個(gè)階段，第一階段為概念評(píng)估階段，第二階段到2006年為系統(tǒng)和關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估階段，Cray Cascade、IBM PERCS、Sun Hero入選，第三階段到2010年為研發(fā)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)千萬億次系統(tǒng)。l MDGRAPE3：日本理化學(xué)研究所、SGI和英特爾聯(lián)合建造的分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在2006年6月已經(jīng)達(dá)到了千萬億次的計(jì)算能力。 l 日本京速計(jì)算機(jī)計(jì)劃：京速就是10Pflops的意思，日本計(jì)劃在2011年左右實(shí)現(xiàn)京速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該項(xiàng)目采用一種向量、標(biāo)量、專用混合的結(jié)構(gòu)。（1）IntelIntel在2006年9月展示了一個(gè)峰值運(yùn)算性能高達(dá)1Teraflop的處理器原型。根據(jù)規(guī)劃，繼2006年的雙核Dempsey/Woodcrest之后，Intel在四年內(nèi)（2007至2010年）會(huì)先后推出4核Clovertown、8核Harpertown、16核Gainstown和32核Gulftown。（2）AMD為與Intel抗衡，AMD在2007年發(fā)布了基于65nm制程的4核處理器Barcelona，并計(jì)劃在2008年推出基于45nm制程的4核處理器Shanghai。AMD在2007年關(guān)于處理器的努力還包括向x86指令集引入SSE展示雙精流處理器。（3）IBM在2007年初Intel宣布取得“高K”介電材料重要突破的同時(shí)，IBM也宣布了同樣的消息，在2007年底IBM取得進(jìn)一步突破，有望在2009年向合作伙伴與客戶提供32nm“高K”技術(shù)。IBM的Power6將有單核和多核版本，每核2個(gè)線程；Power6采用了1條13級(jí)流水線—7級(jí)用于浮點(diǎn)運(yùn)算單元、6級(jí)用于整數(shù)運(yùn)算。Sun通過采用“冷線程芯片多線程（Cool Threads Chip Multithreading）”技術(shù)，將每個(gè)線程的耗電量降到了2W以下。Tile采用基于網(wǎng)孔（meshbased）的架構(gòu)，內(nèi)核能夠擴(kuò)展至數(shù)百或數(shù)千個(gè)。TILE64已被客戶用于信息安全領(lǐng)域。TILE64放棄了片上總線，采用一種稱為iMesh的互聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)內(nèi)核之間的通信。此外，Sun計(jì)劃在2008年上半年推出Victoria Falls 16核處理器，下半年推出Rock 16核處理器。（4）Sun2007年8月份，Sun發(fā)布了新型通用微處理器Ultra SPARC T2（代號(hào)為Niagara2）。Power6有極高帶寬可提供給處理器，另外還有一個(gè)內(nèi)存控制器和MCM內(nèi)的結(jié)構(gòu)線路，從而把I/O頻率從CPU頻率的三分之一提高到了二分之一。在SC07超級(jí)計(jì)算大會(huì)上AMD公司推出了第二代微處理器FireStream 9170以及一個(gè)相應(yīng)的軟件開發(fā)工具包。Sandtiger處理器將采用DirectConnect 2設(shè)計(jì)，每個(gè)晶片將擁有4個(gè)Hypertransport連結(jié)架構(gòu)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有3MB末級(jí)緩存和512KB二級(jí)緩存，構(gòu)成24MB的環(huán)形架構(gòu)末級(jí)緩存。2007年1月，Intel宣布取得“高K”介電材料重要突破，利用基于金屬鉿（Hafnium）的氧化物代替二氧化硅作為晶體管的介電材料，減少了微電路漏電的問題，并最終在此基礎(chǔ)上成功地采用45nm制程工藝推出了16款服務(wù)器產(chǎn)品。以IBM、Intel為代表的各類機(jī)構(gòu)在2007年取得了諸多進(jìn)展，并共同推動(dòng)了高性能計(jì)算的發(fā)展。l Baker：該機(jī)沿用Cray XT3 MPP體系結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)是4個(gè)雙核處理器構(gòu)成的SMP，整個(gè)系統(tǒng)有24000多個(gè)處理器，采用Cray SeaStar互聯(lián)。它是典型的多核芯片+MPP體系結(jié)構(gòu)，超大的并行度對(duì)編程模型有很高的要求。HTMT試圖避開摩爾定律，采用超導(dǎo)邏輯、光交換、全息存儲(chǔ)，PIM等全新技術(shù)，其核心處理單元SPELL的頻率可達(dá)100GHz，主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是能夠滿足這樣高速處理器的存儲(chǔ)體系。 ④ 并行計(jì)算機(jī)本身的構(gòu)建也存在著能耗過大、管理困難、可擴(kuò)展性差等方面的問題. 我國的并行計(jì)算研究和國際走向大致相同, 自20世紀(jì)60年代末至今,已經(jīng)歷經(jīng)三個(gè)階段: ① 第一階段, 60年代末至70年代末,主要從事大型機(jī)中的并行處理技術(shù)研究。從中可以看出，目前，cluster結(jié)構(gòu)仍是高性能計(jì)算機(jī)中占主導(dǎo)地位的體系結(jié)構(gòu)?？梢钥闯觯壳案咝阅苡?jì)算機(jī)擁有量方面歐美仍占據(jù)絕大多數(shù)。不久的將來，1億億次(10P)的超級(jí)計(jì)算機(jī)就會(huì)出現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立標(biāo)志著中國高性能計(jì)算領(lǐng)域在向標(biāo)準(zhǔn)化、普及化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向上邁出了重要的一步，將大力推進(jìn)某乃至中國高性能計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歐、美、日發(fā)達(dá)國家已壟斷了全球高性能計(jì)算的研發(fā)和應(yīng)用，分布在其它國家的高性能計(jì)算應(yīng)用加起來不足4％。日本科學(xué)技術(shù)廳基于防震減災(zāi)的需要，早在1997年就制訂了一項(xiàng)龐大的研究計(jì)劃，即利用基礎(chǔ) 科學(xué)研究、人工輔助觀測和高性計(jì)算模擬來預(yù)測地球環(huán)境變遷。世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國對(duì)高性能計(jì)算無不十分重視，尤其是美國、日本和歐洲各國，為了增強(qiáng)其在國際上的綜合競爭力，紛紛制定長期發(fā)展計(jì)劃，政府投資建設(shè)與民間外包運(yùn)營并舉，競相投入巨大人力、物力和財(cái)力爭奪這一戰(zhàn)略高地。e) 數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用需要高性能數(shù)據(jù)處理，以應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)爆炸式增長帶來的難題。c) 基于仿真的工程科學(xué)結(jié)合傳統(tǒng)工程領(lǐng)域的知識(shí)技術(shù)與高性能計(jì)算，提供經(jīng)濟(jì)高效地設(shè)計(jì)與實(shí)踐方法。 高性能計(jì)算在各領(lǐng)域的重要作用目前，高性能計(jì)算已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，發(fā)揮著不可替代的重要作用：a) 基礎(chǔ)學(xué)科中深入的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，問題規(guī)模的擴(kuò)大和求解精度的增加需要更高性能的計(jì)算資源。例如，全面核禁試條約簽訂后，為了仍需保持核威懾力量，核武器的研究轉(zhuǎn)到了以實(shí)驗(yàn)室研究和數(shù)值模擬為主。三種科研手段中，理論研究為人類認(rèn)識(shí)自然界、發(fā)展科技提供指導(dǎo)，但科學(xué)理論一般并不直接轉(zhuǎn)化 為實(shí)用的技術(shù)；實(shí)驗(yàn)科學(xué)一方面是驗(yàn)證理論、發(fā)展理論的重要工具，另一方面，它是在理論的指導(dǎo)下發(fā)展實(shí)用技術(shù)，直接為經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)；計(jì)算科學(xué)的發(fā)展也有相當(dāng) 悠久的歷史，只是在計(jì)算機(jī)這一強(qiáng)大的計(jì)算工具問世之前，計(jì)算只能利用人類的大腦和簡單的工具，計(jì)算應(yīng)用于科學(xué)研究有天然的局限性，限制了它作用的發(fā)揮；隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使用科學(xué)計(jì)算這一先進(jìn)的技術(shù)手段不斷普及，逐漸走向成熟。 高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 計(jì)算科學(xué)的產(chǎn)生與作用20世紀(jì)后半期，全世界范圍掀起第三次產(chǎn)業(yè)革命的浪潮，人類開始邁入后工業(yè)社會(huì)——信息社會(huì)。 抱團(tuán)發(fā)展是必然高性能計(jì)算機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)，國防安全，政府科研等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，但是由于高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)長期被國外IT巨擎所壟斷，所以中國人難以隨心所欲地獲得高性能計(jì)算機(jī)能力。產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的成立是希望能夠解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的共性問題，從技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、市場是那個(gè)層面打造中國服務(wù)器產(chǎn)業(yè)的大生態(tài)。再有一派就是開放標(biāo)準(zhǔn)派，其中有英特爾挑頭制定的SSI