文档介绍：高性能计算机技术新进展及前沿热点
樊建平陈明宇
(中国科学院计算技术研究所)[/center]
一、高性能计算机发展现状
“全球超级计算机500强”看高性能计算机发展现状
全球超级计算机500强(TOP500)是高性能计算机领域的权威性评测结果。该评比一年举行两次,从1993年至今已经进行了22届。评选活动由国际上几个著名的国家实验室和大学联合完成。评选的方法是通过运行一个标准测试程序――LINPACK得到的实际性能结果进行排名。虽然不是所有的高性能计算机都参加TOP500的评测,LINPACK也不能代表所有实际的高性能计算应用特征,但TOP500排名一直是高性能计算机发展现状的缩影。
表1是2003年11月16日发布的最新TOP500结果的一部分。在TOP500的列表中,排名第一的仍然是日本在2002年发布的地球模拟器,实际性能达到每秒35万亿次浮点运算,并且领先第2名2倍以上。不过排在前10名的其他计算机都来自美国,整个500强是85%以上是美国公司制作的,并且美国在TOP500的装机数中共占248台,显示了美国在高性能计算机制造和应用方面的实力。日本、德国、英国各有35台左右的系统入选,属第二梯队。中国共有9台系统入选,其中由中国联想公司研制的深腾6800以每秒4万亿次排名第14位,给国际高性能计算机带来了不小的震动。
(表1)
从表1可以看出,传统的高性能计算机制造厂商如IBM、HP、NEC、Cray等在2003年并没有突出的表现,WORX公司,以及传统的PC机制造商如戴尔、联想却进入了顶尖的行列。但是,最令人吃惊的还是排名第3位的系统X是由美国弗尼亚工学院的一群师生采用商用部分,花了4个月左右的时间制造出来的。高性能计算技术真的已经成熟到了象PC机一样业余人员就可以组装的地步了吗?为什么2003年传统的高性能计算机制造厂商在“沉默”呢?
事实上,高性能计算机体系结构的发展正处于一个技术发展S曲线的平滑期,上一次结构变革带来的发展动力已经趋向平缓和成熟,而下一波技术突破正在酝酿之中,这一次变革很可能比上一次更为激烈。
在2004年,仍会有基于传统技术的更高性能的系统推出,如美国的ASCI P将达到每秒百万亿次,中国的十万亿次曙光4000A将落户上海超级计算中心。日本的“宇宙模拟器”也在加紧研制中。但人们更为关心的是,下一代高性能计算机系统将会是什么?
在集成电路工业界有一个著名的“摩尔定律”,即半导体芯片集成度和运行频率每18个月左右翻一番。摩尔定律在提出后的近30年与现实发展惊人的一致,并且预计还可能有效持续到2020年左右。这一定律深深地影响到高性能计算机体系结构的发展。现在一片最先进的微处理器处理能力很可能超过10年前的一台高性能计算机。
从20世纪80年代中期开始,由多个微处理器组成的并行化高性能计算机开始取代传统的向量机,成为发展的主流。这一趋势从对称多处理机(SMP)、大规模并行处理机(MPP)一直发展到机群(Cluster)系统。近10年来,高性能计算机系统的性能增加了500倍左右,而其中摩尔定律的贡献就占了40倍以上。机群系统是以这种以微处理器为核心的设计趋势发展到了极致的产物。
机群系统是由多个以微处理器为核心的计算机节点通过高速网络