【正文】 formation Science and Engineering 29 1. 高性能計(jì)算的意義（ 13） ? 高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略地位（ 6） —ASCI高性能計(jì)算機(jī) Blue Mountain Option Red 30 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 30 1. 高性能計(jì)算的意義（ 14） ? 高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略地位（ 7） – 美國 2022年啟動(dòng)的千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研究 HPCS計(jì)劃 ? 從 2022年起的兩年多時(shí)間里， ES占據(jù) TOP1位置 ? Cluster并不是 HPC的最終體系結(jié)構(gòu) ? 美國 DARPA于 2022年啟動(dòng)高生產(chǎn)率計(jì)算系統(tǒng)（ High Productivity Computing Systems) HPCS計(jì)劃 – 希望確定未來 10年甚至 20年的高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) – 高生產(chǎn)率而非峰值計(jì)算能力作為評(píng)價(jià)指標(biāo) – 高性能計(jì)算的一個(gè)新的創(chuàng)新時(shí)代的開始 31 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 31 1. 高性能計(jì)算的意義（ 15） ? 高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略地位（ 8） – HPCS計(jì)劃的三個(gè)階段 32 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 32 1. 高性能計(jì)算的意義（ 16） ? 高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略地位（ 9） – HPCS的設(shè)計(jì)策略 33 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 33 1. 高性能計(jì)算的意義（ 17） ? 高性能計(jì)算在我國的戰(zhàn)略地位（ 1） 2022年 2月，國務(wù)院發(fā)布 《 國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā) 展規(guī)劃綱要（ 2022～ 2020年） 》 – 指出加速發(fā)展高性能計(jì)算對(duì)提高我國國防建設(shè)與國家安全、國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國家重大工程和基礎(chǔ)科學(xué)研究等尖端科技領(lǐng)域的核心支撐能力，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。 ? 計(jì)劃研制 5代計(jì)算平臺(tái)，目前，前四代已完成，第五代平臺(tái)正在研制。 ? 通過數(shù)值模擬，評(píng)估核武器的性能、安全性、可靠性等。 ? 1998年度的 CIC藍(lán)皮書，將千萬億次計(jì)算機(jī)硬件和軟件研制列入了計(jì)劃中。 ? 1997年， HPCC包括了 HECC (High End Computing amp。 Communication) Grand Challenge》 計(jì)劃，提出發(fā)展萬億次 (Tera=1012)計(jì)算機(jī)計(jì)劃。 25 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 25 1. 高性能計(jì)算的意義（ 9） ? 高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略地位（ 2） ?清單 (按年代排序 ) ? 1982年，美國國家科學(xué)院： 《 關(guān)于科學(xué)研究及工程中的大規(guī)模計(jì)算 》 ? 1993年，美國國家科學(xué)院： 《 從臺(tái)式計(jì)算機(jī)到萬億次計(jì)算機(jī)：充分發(fā)揮美國在高性能計(jì)算領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)權(quán) 》 ? 1995年，美國國家科學(xué)院： 《 特別工作組關(guān)于未來國家科學(xué)基金委超級(jí)計(jì)算中心計(jì)劃報(bào)告 》 ? 1996年，美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會(huì)： 《 信息技術(shù)研究：為了未來 》 ? 2022年，美國國家科學(xué)院： 《 促使信息技術(shù)更好 》 ? 2022年，美國國家科學(xué)院： 《 無處不在 》 ? 2022年，美國國防部： 《 適用于國家安全部門的高性能計(jì)算 》 ? 2022年，美國能源部： 《 基于科學(xué)的大規(guī)模模擬 》 2022年，美國國家科學(xué)基金委： 《 通過計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變革科學(xué)與工程 》 2022年，美國國家科學(xué)基金委： 《 信息時(shí)代的知識(shí)丟失 》 ? 2022年，美國國家競爭力委員會(huì)： 《 促使美國變革并提高競爭力 》 2022年，美國跨機(jī)構(gòu)： 《 聯(lián)邦高端計(jì)算計(jì)劃－高端計(jì)算復(fù)興特別工作組 》 ? 2022年，美國國家科學(xué)院： 《 超級(jí)計(jì)算機(jī)未來 》 2022年，美國總統(tǒng)信息技術(shù)顧問委員會(huì)： 《 計(jì)算科學(xué)：確保美國競爭力 》 – 重大挑戰(zhàn) 問題：飛機(jī)設(shè)計(jì)、藥物設(shè)計(jì)、全球氣候預(yù)測、人類基因、海洋環(huán)流新材料、油藏?cái)?shù)值模擬、生物分子結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體建模、超導(dǎo)建模等。 – 高性能高計(jì)算是支撐國家實(shí)力持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一 。此時(shí)對(duì)主存儲(chǔ)器容量要數(shù)十、數(shù)百億字單元（ 64位）。 二維計(jì)算，每方向上網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)取 100，二維計(jì)算是一維的 200倍，三維是一維的 33000倍。 Los Alamos實(shí)驗(yàn)室要求計(jì)算一個(gè)模型的上限為810小時(shí)。 壓力：幾百萬大氣壓 溫度：幾千萬攝氏度 能量在 ?秒級(jí)內(nèi)釋放出來。數(shù)值模擬用時(shí)間相關(guān)法解 NavierStoker方程，網(wǎng)格分點(diǎn)為 120?40?50，需內(nèi)存 160MB， 6億計(jì)算機(jī)上解12小時(shí)，如果在數(shù)分鐘內(nèi)完成設(shè)計(jì)，則需要千億次計(jì)算機(jī)。 Cray T932/32約為60GFLOPs。用二維疊加深度偏移方法精確的產(chǎn)生地下深度圖像，需要進(jìn)行25?1012FLOP，采用 100MFLOPs機(jī)器計(jì)算 250天，1GFLOPs機(jī)計(jì)算 25天， 10GFLOPs機(jī)器 35分。 100平方公里的三維勘探面積，道距 25米， 60次覆蓋， 6秒長記錄， 2毫秒采樣，一共采集?1010個(gè)數(shù)據(jù)，約為 116GB。 14 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering ? 石油工業(yè) 地震勘探資料處理 油藏?cái)?shù)值模擬 測井資料處理 地震勘探由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和資料解釋三階段組成。 天氣預(yù)報(bào)模式為非線性偏微分方程，預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)暴雨過程，計(jì)算量為 1014—1016次浮點(diǎn)運(yùn)算，需要 10GFlops—100GFlops的巨型機(jī)。 ? 應(yīng)用領(lǐng)域：網(wǎng)站、信息中心、搜索引擎、電信、流媒體等。 ? 應(yīng)用領(lǐng)域：圖書館、銀行、證券、稅務(wù)、決策支持系統(tǒng)等。 ? 應(yīng)用領(lǐng)域：石油、氣象、 CAD、核能、制藥、環(huán)境監(jiān)測分析、系統(tǒng)仿真等。 7 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 1. 高性能計(jì)算的意義（ 2） ? 高性能計(jì)算 ?HPC（ High Performance Compute） 泛指量大、快速、高效的運(yùn)算 ? 高性能計(jì)算 并行計(jì)算 ?并行計(jì)算 (Parallel Computing） ?高端計(jì)算 (Highend Parallel Computing) ?高性能計(jì)算 (High Performance Computing) ?超級(jí)計(jì)算 (Super Computing) 8 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 8 1. 高性能計(jì)算的意義（ 3） 高性能計(jì)算主要包括： ? 向量計(jì)算 ? 并行計(jì)算 ? 分布式計(jì)算 ? 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算 ? 網(wǎng)格計(jì)算 ? 云計(jì)算 9 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering Northeastern University Sep. 6, 2022 Mosso Google App Engine Rails One Salesforce Gmail Gliffy Joyent Amazone Web Svcs Nirvanix Xcalibre Akamai PaaS SaaS IaaS Cloud Computing 云計(jì)算是并行計(jì)算 (Parallel Computing)、分布式計(jì)算(Distributed Computing)和網(wǎng)格計(jì)算 (Grid Computing)的發(fā)展，或者說是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn) 云計(jì)算是虛擬化 (Virtualization)、效用計(jì)算 (Utility Computing)、IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù) )、 PaaS(平臺(tái)即服務(wù) )、 SaaS(軟件即服務(wù) )等概念混合演進(jìn)并躍升的結(jié)果 10 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 10 1. 高性能計(jì)算的意義（ 4） ? 高性能計(jì)算的量綱 前綴 縮寫 基冪 含意 數(shù)值 Kilo K 103 Thousand 千 Mega M 106 Million 兆，百萬 Giga G 109 Billion 千兆， 10億 Tera T 1012 Trillion 垓，萬億 Peta P 1015 Quadrillion 千萬億 Exa E 1018 Quitillion 百億億 Flops：每秒所執(zhí)行的浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù) (floatingpoint operations per second ) 目前的 PC機(jī)運(yùn)算速度通常在 GFlops量級(jí)，高性能計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度則在 TFlops至 PFlops量級(jí)。 ? 計(jì)算物理、計(jì)算化學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、計(jì)算地質(zhì)學(xué)、計(jì)算氣象學(xué)。1 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 喬百友（ 83681250) 東北大學(xué)信息學(xué)院計(jì)算機(jī)系統(tǒng)研究所 2 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 高性能計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu) 參考教材 ? Computer Architecture: A Quantitative Approach, Hennessy and Patterson, 機(jī)械工業(yè) ? 高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并行性可擴(kuò)展性可編程性 清華大學(xué)出版社 ? Parallel Computer Architecture A Hardware/software Approach 機(jī)械工業(yè) ? 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 張晨曦等，高等教育出版社， 2022 ? 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與可擴(kuò)展計(jì)算， 古志民、孫賢和 清華大學(xué)出版社 2022 ? 并行計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，陳國良等著，高等教育出版社，2022 3 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 主要內(nèi)容 ? ? (復(fù)習(xí) ) ? ? ? ：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，尋徑技術(shù)， ? ：模型，性能，自動(dòng)并行化 ? ： cache一致性，同步 ? ：主動(dòng)消息， 多線程 4 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 4 1. 高性能計(jì)算的意義 2. 高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀 3. 高性能計(jì)算的典型應(yīng)用 4. 高性能計(jì)算的挑戰(zhàn)與機(jī)遇 高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī) 5 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 國家高性能計(jì)算中心（合肥） 5 2022/6/2 1. 高性能計(jì)算的意義 高性能計(jì)算的內(nèi)在含義 高性能計(jì)算的應(yīng)用需求 高性能計(jì)算的戰(zhàn)略地位 6 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 6 1. 高性能計(jì)算的意義（ 1） 高性能計(jì)算的內(nèi)在含義 ? 計(jì)算和計(jì)算科學(xué) – 所有的學(xué)科都轉(zhuǎn)向定量化和精確化 – 三大科學(xué)： 理論科學(xué)、實(shí)驗(yàn)科學(xué)和計(jì)算科學(xué) ? 計(jì)算科學(xué)是一個(gè)交叉學(xué)科 , 用計(jì)算的方法來解決應(yīng)用問題。 ? 適用于理論模型復(fù)雜或尚未建立、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用昂貴或無法進(jìn)行。 ? 并行計(jì)算是跟上摩爾定律的重要手段。 11 Advanced Computer Architecture The School of Information Science and Engineering 11 1. 高性能計(jì)算的意義（