文档介绍：高性能计算与高性能计算机High puting and High puters
陈国良吴俊敏
中国科学技术大学计算机科学与技术系
国家高性能计算中心(合肥)
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国家高性能计算中心(合肥)
目录
1. 高性能计算的意义
2. 高性能计算的发展与现状
3. 高性能计算的典型应用
4. 高性能计算的挑战与机遇
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1. 高性能计算的意义(1)
高性能计算的内在含义
高性能计算的应用需求
高性能计算的战略地位
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1. 高性能计算的意义(2)
高性能计算的内在含义
计算和计算科学
所有的学科都转向定量化和精确化
三大科学:理论科学、实验科学和计算科学
计算科学是一个交叉学科, 用计算的方法来解决应用问题。
适用于理论模型复杂或尚未建立、实验费用昂贵或无法进行。
计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学。
并行计算是跟上摩尔定律的重要手段。
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1. 高性能计算的意义(3)
高性能计算的含义
高性能计算简称HPC (High puting),泛指量大、快速、高效的运算。
高性能计算主要包括:
向量计算
并行计算
分布式计算
网格计算
元计算
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1. 高性能计算的意义(4)
高性能计算的量纲
前缀
缩写
基幂
含意
数值
Kilo
K
103
Thousand
千
Mega
M
106
Million
兆,百万
Giga
G
109
Billion
千兆,10亿
Tera
T
1012
Trillion
垓,万亿
Peta
P
1015
Quadrillion
千万亿
Exa
E
1018
Quitillion
百亿亿
Flops:每秒所执行的浮点运算次数(floating-point operations per second )
目前的PC机运算速度通常在GFlops量级,高性能计算机运算速度则在TFlops至PFlops量级。
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1. 高性能计算的意义(5)
高性能计算的应用需求
应用需求
puting-intensive):
大型科学工程计算,数值模拟等。
应用领域:石油、气象、CAD、核能、制药、环境监测分析、系统仿真等。
数据密集型应用(Data-intensive):
数字图书馆,数据仓库,数据挖掘,计算可视化等。
应用领域:图书馆、银行、证券、税务、决策支持系统等。
work-intensive):
协同工作,网格计算,遥控和远程诊断等。
应用领域:网站、信息中心、搜索引擎、电信、流媒体等。
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1. 高性能计算的意义(6)
千万亿次超级计算机的应用需求
应用领域
应用需求
计算能力需求
存储容量需求
生物医学
蛋白质电子态的计算
药物发明中的筛选过程
蛋白质折叠
100Tflops
800Tflops
1Pflops
30TB
200TB
1PB
航空航天制造
发动机燃烧模拟和机翼设计模拟
500Tflops
100TB
气候环境
短期天气预报
长期天气预报
局部突发性灾难预报(如洪水、海啸)
20Tflops
200Tflops
1Pflops
10TB
100TB
500TB
核能领域
完全等离子分析(包括电子结构分析)
核武器数值模拟
天然气燃烧
500Tflops
1Pflops
1Pflops
1PB
1PB
1PB
纳米技术
复合材料的结构分析和功能预测
新材料发明
200Tflops
1Pflops
400TB
2PB
天体物理学
超新星三维模拟
1Pflops
1PB
国防和国家安全
密码破译
先进武器模拟
1Pflops
1Pflops
1PB
1PB
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1. 高性能计算的意义(7)
高性能计算的战略地位
从战略高度上讲
高性能计算技术是一个国家综合国力的体现。
高性能高计算是支撑国家实力持续发展的关键技术之一。
高性能计算国防安全、高科技发展和国民经济建设中占有重要的战略地位。
重大挑战问题:飞机设计、药物设计、全球气候预测、人类基因、海洋环流新材料、生物分子结构、半导体建模、超导建模等。
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