把准高性能计算时代脉动.docxVIP免费优质

把准高性能计算时代脉动“”高性能计算被视为计算机科学与工程的皇冠。近年来，各国频繁启动国家层面的研发计划。所谓的高性能计算，其与一般“”计算相比，本质特征在于算力聚合，它的计算能力比一般计算机的计算能力要高出一个数量级。高性能计算通过聚合结构，使用多台计算机和存储设备，以极高速度进行计算，帮助人类探索科学、工程及社会领域中的一些世界级重大难题。高性能计算的发展历史。1964年控制数据公司推出了CDC6600计算机。该型号计算机由西摩·克雷设计，综合采用了当时多项领先的技术，包括硅晶体管、多功能单元并行技术、专用I/O处理机等。CDC6600每一秒能执行三百万条指令，与当时其他型号的计算机相比，至少快3倍以上，其在算力的统治地位保持了5年之久。自此，高性能计算成为一个新术语，CDC6600通常被认为是第一台高性能计算机，西摩·克雷也被公“”认为高性能计算机之父。自诞生以来，高性能计算的发展可以大致划分为四个阶段。“”第一个阶段是向量机时代，伴随着1975年Cray-I计算机的问世，向量机成为高性能计算机的主流，向量部件、向量流水线、向量化、向量编译等向量化技术蓬勃发展。“”第二个阶段是并行处理时代，在20世纪80年代后期，使用分布式内存的大规模并行计算在高性能计算领域大行其道。思维机器公司在1985年推出的CM-1是一台典型的大规模并行计算机，每个CM-1微处理器都配有4K比特随机存取存储器，基于超立方体的阵列被设计为同时对多个数据点执行相同的操作，即以单指令、多数据方式执行任务。CM-1最高可装配65536个独立处理器，每个处理器都非常简单，一次处理一位。在这个阶段中，并行向量机、对称多处理机、非一致性存储结构等技术迅速发展。“”第三个阶段是微处理时代，在2000年初，基于微处理机的集群系统在高性能计算领域声名鹊起。与其他并行处理系统的核心区别在于，集群没有专用的、定制的硬件或软件，而是由廉价的个人计算机通过高速网络连接构成。在这一时期，多级互联网络、胖树和网格等成为新的研究热点。“”第四个阶段是异构混合与云计算时代，2005年以来，图形处理单元（GPU）已成为一个强大的计算平台，并已成功用于加速许多科学工作负载。通常，应用程序的计算密集型任务被卸载到GPU，GPU充当CPU的并行协处理器。在实际应用中，高性能计算机系统由许多节点组成，每个节点包含2到32个传统CPU和1到6个GPU，通常还包括一个高速网络和一个数据存储系统。高性能计算扮演着越来越重要的角色。高性能计算的发展已历经了近1个甲子，从当初的M级计算到今天的E级计算，其计算速度已经增长了12个数量级。伴随着算力的不断增长，高性能“”计算在解决科学、工程与社会的大挑战过程中也扮演着越来越重要的角色。从宇宙学中天文N体模拟到高分辨率全球海洋模式，从高能物理中的格点量子色动力学到化学中的第一性原理计算，从全球气候预测到基因测序，从新材料研发到新药物研制，无一不依赖高性能计算。可以说，高性能计算的发展日新月异，应用覆盖了人类经济“社会的各个方面，要想窥高性能计算发展之全豹，可以透过一榜”“”一奖管而窥之。这里所谓的一榜指的是TOP500“榜单，一”奖指的是戈登·贝尔奖。TOP500榜单始于1993年，每年发布两次，汇编了世界前500台算力最强的计算机及其一些主要性能指标，其排名依据Linpack基准测试的结果。计算机的算力强弱通过求解密集线性方程组的速度来体现，通常以每秒浮点运算次数为重要的性能衡量指标。在2023年11月发布的最新TOP500“榜单中，前沿系”统（FrontierSystem）蝉联榜首，其最高性能达到E级（1.194EFLOPS“”）。前沿系统搭载了基于最新的惠普CrayEX235a架构的AMDEPYC64C2GHz处理器，共装配有近870万枚CPU和GPU核。戈登·贝尔奖设立于1987年，每年颁发一次，该奖项旨在跟踪高性能计算的前沿进展，特别奖励将高性能计算应用于科学、工程和大规模数据分析的创新。奖项可能会授予在可扩展性和解决重要科学与工程问题时间方面的最高性能或特殊成就，表彰高性能计算应用领域所取得的杰出成果。2023年戈登·“贝尔奖被授予了计算材料领域，获奖项目为量子精度的大规模材料建模：金属合金...