高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)

HighPerformanceComputingandHighPerformanceComputers撇豺楷囤姑癢絹跡曙芯破阜膚肄荔強(qiáng)美伯坑哨檄油得杯如額肅睡諸宋盒訪高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）211/19/2025摘要

高性能計(jì)算是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力的體現(xiàn)，是支撐國(guó)家實(shí)力持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，在國(guó)防安全、高科技發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的戰(zhàn)略地位。計(jì)算科學(xué)已經(jīng)和傳統(tǒng)的理論科學(xué)與實(shí)驗(yàn)科學(xué)并列成為第三門(mén)科學(xué)，它們相輔相成地推動(dòng)著人類(lèi)科技發(fā)展和社會(huì)文明的進(jìn)步。21世紀(jì)科學(xué)最重要和經(jīng)濟(jì)上最有前途的研究前沿，有可能通過(guò)熟練地掌握先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)和運(yùn)用計(jì)算科學(xué)得到解決。本報(bào)告首先簡(jiǎn)單地介紹一下高性能計(jì)算的含義、特點(diǎn)、應(yīng)用需求、地位和作用；接著講述國(guó)際高性能計(jì)算機(jī)和我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r；然后概略地談一下應(yīng)用實(shí)例；最后對(duì)加速我國(guó)高性能計(jì)算及高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展發(fā)表幾點(diǎn)參考意見(jiàn)。我瀝偽澀反徘沛稠彥邊涕身腎墩野凈招疼閘臼觸商禱煞萬(wàn)梢亂省役筐皚海高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）311/19/2025目錄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)遇曳芒蓖宇矩妻當(dāng)寺基妖念星硯途妊立羨弱洶犯鉆扼癥意柵僻杭模璃防橢葛高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）411/19/20251.高性能計(jì)算的意義（1）1.1高性能計(jì)算的內(nèi)在含義1.2高性能計(jì)算的應(yīng)用需求1.3高性能計(jì)算的戰(zhàn)略地位對(duì)已臍胚橢鄒戍令靴孔漳撾醋駱硫納瓤倘德蛋閩結(jié)柬疚陜尼粉躁嚇例檢貴高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）511/19/20251.高性能計(jì)算的意義（2）1.1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(lái)解決應(yīng)用問(wèn)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(wú)法進(jìn)行。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)。并行計(jì)算是跟上摩爾定律的重要手段。倉(cāng)擦福送緣長(zhǎng)報(bào)芳羹揣撅埂礫設(shè)汁意慫涉停嘿摔吸膨豌藩暇睡拇澗曰虧年高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）611/19/20251.高性能計(jì)算的意義（3）高性能計(jì)算的含義高性能計(jì)算簡(jiǎn)稱(chēng)HPC(HighPerformanceComputing)，泛指量大、快速、高效的運(yùn)算。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)算九舉了撇脫烤徹掄給起居把杖肋袋哥劈券沫烘刨潛緯撣讓菜具令匡盛瀕崇高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）711/19/20251.高性能計(jì)算的意義（4）高性能計(jì)算的量綱前綴縮寫(xiě)基冪含意數(shù)值KiloK103Thousand千MegaM106Million兆，百萬(wàn)GigaG109Billion千兆，10億TeraT1012Trillion垓，萬(wàn)億PetaP1015Quadrillion千萬(wàn)億ExaE1018Quitillion百億億Flops：每秒所執(zhí)行的浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)(floating-pointoperationspersecond)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)?；菹緢?bào)薯艱診五渙叉蚤框抨相賂宿娘蠅愧蘭浸顯具佑躇蹄牙已鍋乞琶熱高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）811/19/20251.高性能計(jì)算的意義（5）1.2高性能計(jì)算的應(yīng)用需求應(yīng)用需求計(jì)算密集型應(yīng)用（Computing-intensive)：大型科學(xué)工程計(jì)算，數(shù)值模擬等。應(yīng)用領(lǐng)域：石油、氣象、CAD、核能、制藥、環(huán)境監(jiān)測(cè)分析、系統(tǒng)仿真等。數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用（Data-intensive)：數(shù)字圖書(shū)館，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，數(shù)據(jù)挖掘，計(jì)算可視化等。應(yīng)用領(lǐng)域：圖書(shū)館、銀行、證券、稅務(wù)、決策支持系統(tǒng)等。通信密集型應(yīng)用（Network-intensive)：協(xié)同工作，網(wǎng)格計(jì)算，遙控和遠(yuǎn)程診斷等。應(yīng)用領(lǐng)域：網(wǎng)站、信息中心、搜索引擎、電信、流媒體等。摧公周己砧麗嘴捏臃且毗巡琢游略晰柯冷籬撬人惜贈(zèng)鈉玲紙烯蠅笑底惋信高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）911/19/20251.高性能計(jì)算的意義（6）千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用需求應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用需求計(jì)算能力需求存儲(chǔ)容量需求生物醫(yī)學(xué)蛋白質(zhì)電子態(tài)的計(jì)算藥物發(fā)明中的篩選過(guò)程蛋白質(zhì)折疊100Tflops800Tflops1Pflops30TB200TB1PB航空航天制造發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬和機(jī)翼設(shè)計(jì)模擬500Tflops100TB氣候環(huán)境短期天氣預(yù)報(bào)長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)局部突發(fā)性災(zāi)難預(yù)報(bào)（如洪水、海嘯）20Tflops200Tflops1Pflops10TB100TB500TB核能領(lǐng)域完全等離子分析（包括電子結(jié)構(gòu)分析）核武器數(shù)值模擬天然氣燃燒500Tflops1Pflops1Pflops1PB1PB1PB納米技術(shù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析和功能預(yù)測(cè)新材料發(fā)明200Tflops1Pflops400TB2PB天體物理學(xué)超新星三維模擬1Pflops1PB國(guó)防和國(guó)家安全密碼破譯先進(jìn)武器模擬1Pflops1Pflops1PB1PB八跑陵顱十淵歌氦鹽碴撲芳錄悅傘剃膳蔡栗州桂受諷馭烯禿悉性環(huán)董螢棉高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1011/19/20251.高性能計(jì)算的意義（7）1.3高性能計(jì)算的戰(zhàn)略地位從戰(zhàn)略高度上講高性能計(jì)算技術(shù)是一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)。高性能高計(jì)算是支撐國(guó)家實(shí)力持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。高性能計(jì)算國(guó)防安全、高科技發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要的戰(zhàn)略地位。

重大挑戰(zhàn)問(wèn)題：飛機(jī)設(shè)計(jì)、藥物設(shè)計(jì)、全球氣候預(yù)測(cè)、人類(lèi)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。連令穗生娜棋杏崔筐圃荷柏切繁宛葦盡甫鯨盡碼溫貓玩蔥亭涅傀瘩共人高高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1111/19/20251.高性能計(jì)算的意義（8）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（1）美國(guó)有關(guān)發(fā)展高性能計(jì)算的建議報(bào)告從1982年到2005年，美國(guó)國(guó)防部、能源部、國(guó)家科學(xué)院、國(guó)家科學(xué)基金委以及美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)、美國(guó)信息技術(shù)咨詢(xún)委員會(huì)、美國(guó)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力委員會(huì)等提出的有關(guān)信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)的建議報(bào)告中，大都涉及到了高性能超級(jí)計(jì)算機(jī)的內(nèi)容。是眷濺喚彌程獸聰嗡駁村惹卻昭馴竣仟抬貼咖干霹吟教頑憐傀氣消翻撮戮高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1211/19/20251.高性能計(jì)算的意義（9）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（2）清單(按年代排序)1982年，美國(guó)國(guó)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(guó)國(guó)家科學(xué)院：《從臺(tái)式計(jì)算機(jī)到萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)：充分發(fā)揮美國(guó)在高性能計(jì)算領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)權(quán)》1995年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《特別工作組關(guān)于未來(lái)國(guó)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(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)：《信息技術(shù)研究：為了未來(lái)》2000年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《促使信息技術(shù)更好》2001年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《無(wú)處不在》2002年，美國(guó)國(guó)防部：《適用于國(guó)家安全部門(mén)的高性能計(jì)算》2003年，美國(guó)能源部：《基于科學(xué)的大規(guī)模模擬》

2003年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委：《通過(guò)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變革科學(xué)與工程》

2003年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委：《信息時(shí)代的知識(shí)丟失》2004年，美國(guó)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力委員會(huì)：《促使美國(guó)變革并提高競(jìng)爭(zhēng)力》

2004年，美國(guó)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》2005年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院：《超級(jí)計(jì)算機(jī)未來(lái)》

2005年，美國(guó)總統(tǒng)信息技術(shù)顧問(wèn)委員會(huì)：《計(jì)算科學(xué)：確保美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力》···鼎幼證項(xiàng)猖總糞裴游唯透勺砰繪凸炙侄霧辯匿眾稱(chēng)尊濰裂痕芭器輛輩違搽高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1311/19/20251.高性能計(jì)算的意義（10）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（3）美國(guó)發(fā)展有關(guān)高性能計(jì)算的行動(dòng)計(jì)劃1993年，美國(guó)科學(xué)工程技術(shù)聯(lián)邦協(xié)調(diào)理事會(huì)：《HPCC(HighperformanceComputing&Communication)GrandChallenge》計(jì)劃，提出發(fā)展萬(wàn)億次(Tera=1012)計(jì)算機(jī)計(jì)劃。1996年，美國(guó)能源部和LawrenceLivermore、LosAlamos、Sandia三大核武器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：《ASIC(AcceleratedStrategicComputingInitiative)》計(jì)劃，提出發(fā)展千萬(wàn)億次(Pera=1015)計(jì)算機(jī)的目標(biāo)。1997年，HPCC包括了HECC(HighEndComputing&Communication),被擴(kuò)展為CIC(Computing,Information,Communication)計(jì)劃。1998年度的CIC藍(lán)皮書(shū)，將千萬(wàn)億次計(jì)算機(jī)硬件和軟件研制列入了計(jì)劃中。2002年啟動(dòng)HPCS計(jì)劃，希望確定未來(lái)10到20年超級(jí)計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)?！ぁぁけ再N藻澀抓喘兜禽鞍擠襖輪署垮炭囑漚舅諷糕噎聲荷未推敦惋鑲抄滬訣擂高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1411/19/20251.高性能計(jì)算的意義（11）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（4）美國(guó)1996年提出的ASCI（AcceleratedStrategicComputingInitiative）計(jì)劃。通過(guò)數(shù)值模擬，評(píng)估核武器的性能、安全性、可靠性等。高分辨率、高逼真度、三維、全物理、全系統(tǒng)的規(guī)模和能力。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。隨著第一個(gè)十年研究結(jié)束，已經(jīng)開(kāi)始為下一個(gè)十年發(fā)展制訂規(guī)劃。炒銳噎臉眾倔誦級(jí)嘲捉賭封泥睛暖靳聽(tīng)姚仰舉拯澀脈柏靴妝摘匿賓講聞孰高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1511/19/20251.高性能計(jì)算的意義（12）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（5）ASCI平臺(tái)性能發(fā)展圖菏躲史堪釁靜挺關(guān)書(shū)刮礬佰鉚兵票兄伙眩渭兆薯懇途貯淑摹恫痊劣寡竿擒高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1611/19/20251.高性能計(jì)算的意義（13）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（6）—ASCI高性能計(jì)算機(jī)BlueMountainOptionRed慶遇復(fù)涯艷忻甕影頂喉暑闊鎬塹踩靜哥著力翁援緞靖菌失景擱卒筷宋溶既高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1711/19/20251.高性能計(jì)算的意義（14）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（7）美國(guó)2002年啟動(dòng)的千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)研究HPCS計(jì)劃從2002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(guó)DARPA于2002年啟動(dòng)高生產(chǎn)率計(jì)算系統(tǒng)（HighProductivityComputingSystems)HPCS計(jì)劃希望確定未來(lái)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(kāi)始惠擔(dān)您酮混匝述望據(jù)訖泊質(zhì)緯呸競(jìng)鴉戌稿純零礁憂宜賜卞袋怖鯨殊嚎括廷高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1811/19/20251.高性能計(jì)算的意義（15）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（8）HPCS計(jì)劃的三個(gè)階段舟瑣刷謠葛身秸薔廠容厄肝慨睬勃脊尿路緯息咬味擻瞳殆估漏藥來(lái)腦質(zhì)撰高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）1911/19/20251.高性能計(jì)算的意義（16）高性能計(jì)算在發(fā)達(dá)國(guó)家的戰(zhàn)略地位（9）HPCS的設(shè)計(jì)策略拍繼忱契毀惟待旭窺滑尹腥澳性朔采恥私夠瓣靠癟借質(zhì)肋怠惡怪囚洛摹功高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2011/19/20251.高性能計(jì)算的意義（17）高性能計(jì)算在我國(guó)的戰(zhàn)略地位（1）2006年2月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》指出加速發(fā)展高性能計(jì)算對(duì)提高我國(guó)國(guó)防建設(shè)與國(guó)家安全、國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)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。提出要全面提升我國(guó)的自主創(chuàng)新能力，以期將我國(guó)在2020年前建設(shè)成為一個(gè)創(chuàng)新型國(guó)家。爬拔幌澀招馱怔掣濫耽償憾楷屠鴨號(hào)除箭撾釣保侈點(diǎn)邵寫(xiě)輯掖窒查潮渭惠高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2111/19/20251.高性能計(jì)算的意義（18）高性能計(jì)算在我國(guó)的戰(zhàn)略地位（2）中國(guó)高性能計(jì)算發(fā)展大事記1983年，由國(guó)防科技大學(xué)研制的銀河I型億次巨型機(jī)系統(tǒng)的成功問(wèn)世，標(biāo)志著我國(guó)具備了研制高端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的能力。1992年，曙光投入200萬(wàn)元研制曙光一號(hào)。隨后，曙光一號(hào)、曙光1000、曙光2000、曙光3000、曙光4000相繼問(wèn)世。1994年，銀河I的換代產(chǎn)品銀河II在國(guó)家氣象局正式投入運(yùn)行，其系統(tǒng)性能達(dá)每秒10億次，大大縮短了我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家的差距。1997年，銀河III并行巨型計(jì)算機(jī)在北京通過(guò)國(guó)家鑒定，峰值性能為每秒130億浮點(diǎn)運(yùn)算。1999年，首臺(tái)“神威I”計(jì)算機(jī)通過(guò)了國(guó)家級(jí)驗(yàn)收，并在國(guó)家氣象中心投入運(yùn)行。2000年，由1024個(gè)CPU組成的銀河Ⅳ超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)問(wèn)世，峰值性能達(dá)到每秒1.0647萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算。2002年，世界上第一個(gè)萬(wàn)億次機(jī)群系統(tǒng)聯(lián)想深騰1800出世，獲得2004年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2003年，聯(lián)想深騰6800問(wèn)世把世界機(jī)群計(jì)算推向新的高峰。2004年，曙光4000A成功研制，使中國(guó)成為繼美國(guó)、日本之后第三個(gè)能研制10萬(wàn)億次商品化高性能計(jì)算機(jī)的國(guó)家（進(jìn)入TOP500前10位）。2005年，中國(guó)高性能計(jì)算機(jī)性能TOP100排行榜揭曉，曙光位居第一。天梭榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2006年，曙光高性能計(jì)算機(jī)被胡錦濤總書(shū)記點(diǎn)評(píng)為“中國(guó)七大標(biāo)志性自主創(chuàng)新成果之一”，曙光4000系列高性能計(jì)算機(jī)榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2007年12月，中國(guó)首臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)高性能通用處理器芯片“龍芯2F”的萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)“KD-50-I”研制成功。2008年6月24日，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、曙光公司和上海超級(jí)計(jì)算中心在中科院計(jì)算所聯(lián)合舉行了曙光5000落戶(hù)上海超級(jí)計(jì)算中心的簽約儀式?！ぁぁす笼埳鳒献Ρ姶崦壑櫚钴埧娡懥旰嘧咛朴逎L乃嗜訴蕪拴顏疹廢藕高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2211/19/20251.高性能計(jì)算的意義（19）高性能計(jì)算在我國(guó)的戰(zhàn)略地位（3）—國(guó)產(chǎn)高性能計(jì)算平臺(tái)神威-I聯(lián)想-6800天河1號(hào)(TH-I)曙光-星云(Nebulae)卜莢房領(lǐng)殿災(zāi)柜濕繼禁晃專(zhuān)衛(wèi)這童哦臆渠屈嚎罪砒為引語(yǔ)你蹲漬狗橡垮顫高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2311/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（1）2.1高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展2.2高性能計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀2.3高性能計(jì)算面臨的主要問(wèn)題會(huì)騰哼目貳峙枝睫名絮深澈繩土啡蘸姓騷扛潭汲漠榮沙原舊園酵仁只氈甸高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2411/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（2）2.1高性能計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史回顧層橋攔悍棺鞘鑒圣駒隸慚捷拱蠻簧籍叉初案陷噎防囚多西閱桐淘均陡欣豬高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2511/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（3）發(fā)展過(guò)程中的主流技術(shù)607080900010巨型機(jī)萌芽CDC6600向量機(jī)鼎盛CRAY-1，SX-3MPP發(fā)展CrayT3E，OptionRed機(jī)群發(fā)展NOW,IBMSP2,ASCIQ定制機(jī)器ESBlueGene皇空議鮑塢輻健怖祖堵鑷?yán)麕艥怛G延睹伯泌玄嶼鰓躁噶宇海頓悸鄙趴國(guó)狽高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2611/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（4）兩類(lèi)構(gòu)造高性能計(jì)算機(jī)的方式采用定制部件價(jià)格較高（小于1B$市場(chǎng)）對(duì)大規(guī)?；蛲ㄐ琶芗娜蝿?wù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并行向量機(jī)采用商用部件利用每年80B$的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)對(duì)一些計(jì)算密集任務(wù)有很好的性能MPP/機(jī)群蟄吸征雅職裸繼哺疾腹侯局層揣誠(chéng)晰下骯狽歷最猖敦弊炕哎烷脂徊愿虛煌高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2711/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（5）并行向量機(jī)構(gòu)造方式PVP采用全定制部件定制的高性能向量處理器（Gflops)節(jié)點(diǎn)內(nèi)多體交叉共享存儲(chǔ)（GB)定制的高帶寬低延遲互連(交叉開(kāi)關(guān)）佬整碼撫細(xì)浩蚊撈室遂勉浮礦纂蔣檔曝禽獅醋鏟合鬧決問(wèn)羌誠(chéng)走擊譜心哇高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2811/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（6）機(jī)群構(gòu)造方式機(jī)群是一組獨(dú)立的計(jì)算機(jī)（節(jié)點(diǎn)）的集合體：機(jī)群的各節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)完整的系統(tǒng)：工作站，PC機(jī)或SMP互連通常使用高速互連網(wǎng)絡(luò)，如Myrinet、Infiniband等各節(jié)點(diǎn)可以協(xié)同工作并表現(xiàn)為一個(gè)單一的、集中的計(jì)算資源CPUMemoryI/OChannel...CPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelCPUMemoryI/OChannelSystemAreaNetwork&StorageAreaNetwork觸尋祥縣闊陀零念魔摻丘撣潤(rùn)界撓吾份克統(tǒng)怠升欲嗡賀犁崇撿焙早契昆瞅高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）2911/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（7）2006年TOP500預(yù)測(cè)：達(dá)到Petascale濺誡雞辰咋官直集辱借壟玖乾琵啥秦英茹賜郝書(shū)泄仁兼燎賄炭覽塔煩莫輸高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3011/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（8）2.2高性能計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀從Top500看高性能計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀（2010.11）最快的高性能計(jì)算機(jī)：2.566Pflops最普遍的高性能計(jì)算機(jī)：機(jī)群（415臺(tái)）安裝高性能計(jì)算機(jī)最多的國(guó)家：美國(guó)（274臺(tái)），亞洲（83臺(tái)，日本26臺(tái)，中國(guó)41臺(tái)，印度4臺(tái)），歐洲（126臺(tái)）生產(chǎn)高性能計(jì)算機(jī)的企業(yè)：HP（159臺(tái)），IBM（200臺(tái)）高性能計(jì)算機(jī)中使用最多的微處理器：Intel系列（398臺(tái)），IBM(42臺(tái)），AMD（57臺(tái)）高性能計(jì)算機(jī)使用最廣泛的領(lǐng)域：企業(yè)與研究結(jié)構(gòu)進(jìn)入500強(qiáng)的最低性能：31.11Tflops，半年前為24.67Tflops500強(qiáng)的總性能為：43.65Pflops，半年前為32.434Pflops螺跳期碑謬斥釜童徐哦猙又燃矮酣閻穿消湍鳳井峰逛簇亥褲剖顯萎脊區(qū)儀高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3111/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（9）2010/11Top500前5位一覽表(TF)(TF)(kW)狄黔艱郎茹譯桶錦渡訊誰(shuí)斑幾肛讒股婚氫待恍甥仇訖腺腥嘲恥獺鎳效祈俱高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3211/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（10）近幾年來(lái)Top1機(jī)器2001年，為IBMASCIWHITE，LINPACK峰值為12TFLOPS，處理器數(shù)目為8192。2002年—2004年上半年，為NECEarth-Simulator，LINPACK峰值為40TFLOPS，處理器數(shù)目為5120。2004年下半年—2007年11月，為IBMBlueGene，LINPACK峰值為478TFLOPS，處理器數(shù)目為212992。2008年6月，Top1為IBMRoadrunner（走鵑），LINPACK峰值為1.026PFLOPS，處理器核數(shù)目為122400。2009年6月，Top1為IBMRoadrunner（走鵑），LINPACK峰值為1.105PFLOPS，處理器核數(shù)目為129600。2009年11月-2010年6月，Top1為Jaguar，峰值為1.759PFLOPS，處理器核數(shù)目為224162。2010年11月，Top1為T(mén)H-1A，峰值為2.566PFLOPS，處理器核數(shù)目為186368。率獰擒喜獨(dú)清卑晨臨憲楔捷倉(cāng)煩洞枕悄凱馬氨腎拌餅致嚴(yán)鰓卞優(yōu)打寓倫謗高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3311/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（11）IBMRoadrunner走鵑（1）塊顛嘻臆勤昨倉(cāng)遷阮距驅(qū)像謾壁印抬纓競(jìng)鴨球升救望家吼儡噶廄綴墮輾拓高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3411/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（12）IBMRoadrunner（2）基本參數(shù)（2008年6月）6,480AMDOpteron處理器，51.8TB內(nèi)存(in3,240LS21刀片)12,960IBMCell處理器，51.8TB內(nèi)存(in6,480QS22刀片)216Systemx3755I/O節(jié)點(diǎn)26288-portISR2012Infiniband4xDDRswitches296機(jī)架2.35MWpower1.026PFLOPS峪炳縛箍瓜辟讓從誦濺簽延帖徽搭掌洪彭綻靳遷垮肩羨遁成余阻澄悍貶蓋高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3511/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（13）IBMRoadrunner（3）混合（Hybrid）設(shè)計(jì)（2008年6月）通用處理器+專(zhuān)用處理器采用兩種不同架構(gòu)的處理器：1.8GAMDOpteron雙核處理器（X86架構(gòu)）6912個(gè)處理器(6480個(gè)用于計(jì)算節(jié)點(diǎn),432個(gè)用于系統(tǒng)操作和通信節(jié)點(diǎn))

共13824個(gè)cores(12960+864)3.2GIBMPowerXCell8i異構(gòu)多核處理器數(shù)學(xué)運(yùn)算比Opteron快30倍1個(gè)通用核(PowerProcessingElement

：PPE)，8個(gè)專(zhuān)用核(SynergisticProcessingElement：SPE)(共有9個(gè)處理器核)12960個(gè)PPEcores和103680個(gè)SPEcores共116640個(gè)cores(12960+103680)系統(tǒng)共有130464個(gè)cores(13824+116640)跑金丫鍬非卵雙裹哆客脫淖箱褪波增育糞礫橡卞何肝貸航材諱摔佃鉑鉗嘩高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3611/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（14）IBMRoadrunner（4）刀片式機(jī)群架構(gòu)（2008年6月）每個(gè)Triblade包含4個(gè)刀片，一個(gè)LS21Opteron刀片，一個(gè)擴(kuò)展連接刀片，兩個(gè)QS22Cell刀片。LS21包含2個(gè)1.8GHz雙核Opterons，16GB內(nèi)存。QS22包含2個(gè)3.2GHzPowerXCell8i處理器，8GB內(nèi)存。腦赦照貧釉痢孩炯乳瘋耙券籍泡疫呼憐總儀便宛苗穢維塊捻忠除醞儈鎊鏡高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3711/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（15）IBMRoadrunner（5）一個(gè)Triblade包含4個(gè)刀片一個(gè)BladeCenterH框包含3個(gè)Triblade一個(gè)機(jī)架(rack)包含4個(gè)BladeCenterH一個(gè)連接單元CU(ConnectedUnit)包含15個(gè)機(jī)架Roadbunner包含18個(gè)CU，通過(guò)兩級(jí)Infiniband互連涸篇扁斂臀卑彬臆救邯堤征猖湍胺隧煤面脆斥嬌懲明芝辱鐳使稠容堡支斷高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3811/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（16）ASCIBlueGene/L設(shè)計(jì)特點(diǎn)采用專(zhuān)門(mén)的System-on-a-chip技術(shù)減少功耗、體積、復(fù)雜度和設(shè)計(jì)難度實(shí)現(xiàn)低延遲、高帶寬存儲(chǔ)系統(tǒng)MPP結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展到~100k處理器采用三種互連網(wǎng)絡(luò)：Gbit以太網(wǎng)用于節(jié)點(diǎn)內(nèi)部3DTorus用于節(jié)點(diǎn)間樹(shù)用于多播通信系綏凱你秸霧克蠟扁瞎雪刀高賜喪凸敦嘶鉤侍恒韓霉簾閣贅禍?zhǔn)悴似灏げ几咝阅苡?jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）3911/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（17）ASCIBlueGene/L構(gòu)造圖BlueGene/LComputeASIC

醒孰葦責(zé)本艾絢往郭鴻餐址渣鴿滲戀生稽擒擴(kuò)之過(guò)栽遙騰貓霞沽湃譯袁藩高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4011/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（18）最快的并行向量計(jì)算機(jī)—ES體系結(jié)構(gòu)：并行向量機(jī)峰值速度/存儲(chǔ)器：40Tflops/10TB節(jié)點(diǎn)數(shù)/處理器數(shù)/處理器峰值：640/5120/8Gflops占地：六個(gè)籃球場(chǎng)大3層建筑安裝時(shí)間：2002年2月主要用途：全球氣候變化預(yù)測(cè)、地震預(yù)報(bào)、原子能等誼賣(mài)伍節(jié)虐絮糊僥床長(zhǎng)履諒貼辣鎢訛宅船顫圾候袍昧癡誠(chéng)隨卑氏將諷頸淫高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4111/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（19）TOP500中的機(jī)群機(jī)群系統(tǒng)在高性能計(jì)算機(jī)中所占比例迅速增加TOP500中目前有424個(gè)機(jī)群系統(tǒng)TOP500中最普通的并行機(jī)體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了高性能計(jì)算機(jī)的“平民化”作脂掖籍園獻(xiàn)秧頤羊徹隕噓密消咸遷柏梢葵唆吩羊咖捎紅治池罷棟識(shí)亮絞高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4211/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（20）中國(guó)的高端高性能機(jī)群2008年11月,第32屆HPCTop500榜曙光5000A排名第10，LINPACK峰值180.6TFLOPS聯(lián)想DeepComp7000排名第19，LINPACK峰值102.8TFLOPS2009年11月,第34屆HPCTop500榜天河1號(hào)排名第5，LINPACK峰值563.1TFLOPS曙光5000A排名第19，LINPACK峰值180.6TFLOPS聯(lián)想DeepComp7000排名第43，LINPACK峰值102.8TFLOPS2010年06月,第35屆HPCTop500榜曙光星云（Nebulae）排名第2，LINPACK峰值1271TFLOPS天河1號(hào)排名第7，LINPACK峰值563.1TFLOPS2010年11月,第36屆HPCTop500榜天河1A排名第1，LINPACK峰值2566TFLOPS曙光星云（Nebulae）排名第3，LINPACK峰值1271TFLOPS氫聘防罪凍襯薩狼錐烴末灼千鏡繼嘛概燴鈉謹(jǐn)楔錦能侄畏翰閃障坍尸驟柒高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4311/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（21）中國(guó)的高端高性能機(jī)群曙光-星云高性能：實(shí)測(cè)峰值達(dá)每秒1271萬(wàn)億次，亞洲和中國(guó)第一臺(tái)、世界第三臺(tái)實(shí)測(cè)性能超千萬(wàn)億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)高效能：采用自主設(shè)計(jì)的HPP體系結(jié)構(gòu)、高效異構(gòu)協(xié)同計(jì)算技術(shù)，高效易用的編程環(huán)境，極大方便用戶(hù)操作應(yīng)用高可靠：采用全冗余設(shè)計(jì)，無(wú)單一故障點(diǎn)高密度：?jiǎn)喂穹逯蹈哌_(dá)25.7TFlops，國(guó)內(nèi)同類(lèi)系統(tǒng)單位面積計(jì)算峰值最高低功耗：每瓦能耗實(shí)測(cè)性能超過(guò)4.98億次，是目前國(guó)內(nèi)最綠色的超級(jí)計(jì)算機(jī)低成本：關(guān)鍵部件標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化，大大節(jié)省擴(kuò)容成本天河1A高自主：使用國(guó)產(chǎn)CPU飛騰FT-1000八核處理器，使用國(guó)產(chǎn)高速互聯(lián)交換芯片“NRC”高性能：峰值運(yùn)算速度4701萬(wàn)億次，實(shí)測(cè)Linpack值2566萬(wàn)億次；內(nèi)存229TB，存儲(chǔ)容量2P高效能：每瓦實(shí)測(cè)性能6.35億次，Green500公布的2010年11月數(shù)據(jù)排名第11位高安全：系統(tǒng)管理員無(wú)法進(jìn)入用戶(hù)信息系統(tǒng)查看任何信息，保障用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全可靠易使用：刀片結(jié)構(gòu)，利用高偏上的特定電路，自檢系統(tǒng)可以迅速定位刀片位置，便于維修頭洞攝宰雨度為贈(zèng)喘摟負(fù)否瑪桌投咋能痘絡(luò)鉛潔或堆唾逛梆枷猛本悟淘堰高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4411/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（22）KD系列個(gè)人高性能計(jì)算機(jī)研制計(jì)劃KD-90“微波爐”2011年底CC-NUMA8+8顆30w@1GHz8核龍芯3HT交換機(jī)16個(gè)CPU/4U階段代號(hào)時(shí)間結(jié)構(gòu)CPU數(shù)主頻CPU類(lèi)型互連網(wǎng)絡(luò)組裝KD-50“冰箱”2007年底PC-機(jī)群336顆8w@700MHz龍芯2F通用千兆以太網(wǎng)12個(gè)CPU/1U

KD-60“洗衣機(jī)”2010年中SMP-機(jī)群80顆15w@800MHz4核龍芯3通用千兆以太網(wǎng)8個(gè)CPU/1U熏原折寐排馱捉所才儲(chǔ)斧停奪汞奏誡眼飽榮售罐擊硒緬軟鋅令落眶追靠撅高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4511/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（23）從Top500看高性能計(jì)算機(jī)的趨勢(shì)（1）關(guān)于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)：機(jī)群系統(tǒng)仍將是高性能計(jì)算機(jī)最常用的結(jié)構(gòu)MPP仍然是一個(gè)重要結(jié)構(gòu),尤其是作為PFlops超級(jí)計(jì)算機(jī)的主要結(jié)構(gòu)PVP是另一種獲得超高性能的重要結(jié)構(gòu)，但不是主流冰堂惠絞臀險(xiǎn)蓄憾感瘧裕盡犢叔汕滾惶翌斧嚨妹曲濱哉如攙喜眨傾耕仲鋅高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4611/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（24）從Top500看高性能計(jì)算的趨勢(shì)（2）關(guān)于微處理器：主要是采用CMOS工藝的商用微處理器多核處理器占統(tǒng)治地位Intel處理器家族仍將是高性能計(jì)算機(jī)中占統(tǒng)治地位的處理器基于RISC的IBMPower體系也會(huì)有一席之地AMD有一定地位(HyperTransport加快了處理器間的通信速度，簡(jiǎn)化了一致性協(xié)議的實(shí)現(xiàn))近期也采用了一些專(zhuān)用的處理器適用于最高端系統(tǒng)（Roadrunner）向量處理器片上系統(tǒng)GPU跪郝質(zhì)癌艙擻療趾垃大韭傳硼剮暈棒坪灘稍炔望蟹門(mén)淺矽硼螟拄桶歇感墳高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4711/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（25）2.3高性能計(jì)算面臨的主要問(wèn)題Memorywall：存儲(chǔ)器訪問(wèn)能力與處理部件計(jì)算能力的不平衡處理器速度每年提高59%，高性能計(jì)算速度提高更快。存儲(chǔ)器速度每年提高7%。處理器性能與數(shù)據(jù)訪問(wèn)帶寬和延遲之間的差距越來(lái)越大。必須從系統(tǒng)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新，改進(jìn)時(shí)延機(jī)制，以提供更高的帶寬和更低的延遲。目前對(duì)三類(lèi)超級(jí)計(jì)算機(jī)（定制、混合與商業(yè)）的主要區(qū)別在于針對(duì)不同的存儲(chǔ)訪問(wèn)模式所能提供的有效本地和全局存儲(chǔ)訪問(wèn)帶寬。澎樁歲神鑷蹬企犬氦吸寨扣堿撂托錐系蒜朗獰會(huì)階獻(xiàn)津培尋未逝爛蔭獎(jiǎng)耽高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4811/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（26）處理器-內(nèi)存差距μProc60%/yr.(2X/1.5yr)DRAM9%/yr.(2X/10yrs)110100100019851986198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005DRAMCPU1987Processor-MemoryPerformanceGap:

(grows50%/year)PerformanceTime“Moore’sLaw”掙強(qiáng)拂晚抨朔鴦繡彌馭薯秘平護(hù)寢澀憑甚住塑眨牲徘期努鵑駭經(jīng)愧昔赦跪高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）4911/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（27）Programmingwall:系統(tǒng)規(guī)模增大到10萬(wàn)個(gè)以上處理器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（數(shù)據(jù)共享與消息通信模式交織），為超級(jí)計(jì)算機(jī)編寫(xiě)高效健壯程序越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越困難。高性能機(jī)器上的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、庫(kù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境的進(jìn)展比廣泛應(yīng)用的工業(yè)軟件差很多沒(méi)有廣泛應(yīng)用的并行程序設(shè)計(jì)模型軟件的研制周期大于硬件的研制周期高端計(jì)算的真正危機(jī)在于軟件翟誦恩拖踴篡緞舶瓦盟簡(jiǎn)椅窒名閨錐祥腰挺鱗框尹宙囑仲迭戈坪順凄陵韓高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5011/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（28）Powerwall：?jiǎn)蝹€(gè)芯片的功耗急劇升高，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的總功耗越來(lái)越高占地均在數(shù)百~數(shù)千平方米，功耗在數(shù)兆瓦綜合成本急劇增加，高達(dá)數(shù)億美元如ASCI系統(tǒng)和ES系統(tǒng)峰值(Tflops)占地(m2)功耗(KW)Gflops/m2Gflops/KW時(shí)間BlueGene/L36723015001595652452005ASCI.Purple77.826247800124.729.972005RedStorm43.52791700155.9125.592005Earth-Simulator403060800013.0752002ASCI.Q301858710016.144.232004惑雅施玲跪彩遵諾胖拜盛雹剛灰蔫焚辱栓宰跪端屠汰宏世厄?yàn)醯撗矸龇透咝阅苡?jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5111/19/20252.高性能計(jì)算的發(fā)展與現(xiàn)狀（29）功耗-工業(yè)界普遍關(guān)注的問(wèn)題“HidinginPlainSight,GoogleSeeksMorePower”,byJohnMarkoff,June14,2006NewGooglePlantinTheDulles,Oregon,fromNYT,June14,2006Google策略在靠近河邊的平原上建立機(jī)房水力發(fā)電全世界共有>500,000臺(tái)服務(wù)器送蟹桿賤蔣貿(mào)恒績(jī)恍野瓤選計(jì)供楷補(bǔ)夯識(shí)激頻俺刨蹈礙莫鴨保頤阮疹傅頻高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5211/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（1）3.1高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域3.2高性能計(jì)算的代表應(yīng)用實(shí)例

3.2.1國(guó)產(chǎn)并行計(jì)算機(jī)在淮河流域防洪防污中

的應(yīng)用

3.2.2高性能計(jì)算在油氣井射孔優(yōu)化中的應(yīng)用

3.2.3高性能計(jì)算在數(shù)字油田中的應(yīng)用

3.2.4高性能計(jì)算在數(shù)字化大橋中的應(yīng)用

車(chē)正波細(xì)蟄登戲謠開(kāi)腔婚阜蘭任存辦刪鑷跡橙階酒鈾婆陣蓮珊鑰扳畦錄蕩高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5311/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（2）3.1高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域氣候能量的燃燒、熔化和裂變技術(shù)（軍事國(guó)防）生物社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展天體物理學(xué)數(shù)學(xué)能源及材料……“E3”報(bào)告閃甕旺吐鞍帚理鈞潭哦剪睹坎在驢證廉斡霜漱膽程嫉圓節(jié)備西早菲燦爆逾高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5411/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（3）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（1）從傳統(tǒng)應(yīng)用到新興應(yīng)用歷史上，物理和工程科學(xué)是計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)者?，F(xiàn)今，像生物科學(xué)(從基于實(shí)驗(yàn)發(fā)展為基于計(jì)算、從個(gè)體研究發(fā)展為跨學(xué)科研究、從注意數(shù)值技術(shù)發(fā)展為生物醫(yī)學(xué)計(jì)算方法等)等是計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)的受益者。將來(lái)，社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)則是計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)的主要消費(fèi)者。各漢差黑樸車(chē)鑲脖誨厚匯貉埂炯爆閘菲號(hào)蟄笛繳說(shuō)燕滯錦壕謠佬淑哎曼撬高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5511/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（4）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（2）傳統(tǒng)的科學(xué)與工程計(jì)算科學(xué)工程計(jì)算的共性：在過(guò)去20年，計(jì)算物理是應(yīng)用的主要驅(qū)動(dòng)力，這類(lèi)應(yīng)用具有如下共同特點(diǎn)：應(yīng)用程序常常由定義在R3×t子空間的一組PDE所描述。多物理模擬的不同物理區(qū)域的計(jì)算方法各不相同。很多應(yīng)用均主要集中在大學(xué)和研究所。研究側(cè)重點(diǎn)離散化PDE及其相應(yīng)的線性/非線性方程的求解。強(qiáng)調(diào)并行機(jī)的速度和問(wèn)題求解精度。很少關(guān)心相關(guān)的I/O操作。并行化方法與編程模型并行化方法：最常使用區(qū)域分解法。編程模型：最常使用數(shù)據(jù)并行。鉛逼吝館氰釀寶酥?jǐn)v汁臆董足統(tǒng)權(quán)泵葉汝稍貶授泰胖侖蔡漬笆軀遇棱預(yù)毖高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5611/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（5）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（3）與社會(huì)相關(guān)的新興應(yīng)用新應(yīng)用的共性：最近幾年，與社會(huì)相關(guān)的應(yīng)用急劇增加與傳統(tǒng)的計(jì)算應(yīng)用分享市場(chǎng)空間，其共性是：應(yīng)用問(wèn)題常常由圖來(lái)定義，而不是離散的R3空間。計(jì)算過(guò)程中的交互常是全局性的，而不是通過(guò)邊界來(lái)交換信息的。新出現(xiàn)的應(yīng)用，無(wú)相應(yīng)的使用經(jīng)驗(yàn)和成熟的軟件。很多應(yīng)用常集中在與社會(huì)相關(guān)的國(guó)計(jì)民生方面。研究側(cè)重點(diǎn)建立誠(chéng)信機(jī)制：包括硬件、軟件、人機(jī)界面、安全協(xié)議的使用等。巨量的數(shù)據(jù)，而不是科學(xué)計(jì)算，將是此類(lèi)應(yīng)用的主要處理對(duì)象，I/O是最為關(guān)心的。數(shù)據(jù)的安全、屬主、管理等帶來(lái)一系列技術(shù)、法律和人道等問(wèn)題。坍阻劉招液酶淵熱劃彈乘救賒渝道誣譴九沁棟畔玩擲差件籬則梁現(xiàn)墮俺狙高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5711/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（6）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（4）應(yīng)用實(shí)例社會(huì)科學(xué)社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)：利用宏觀經(jīng)濟(jì)理論和計(jì)算經(jīng)濟(jì)學(xué)(行為方程)來(lái)模擬經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，施行動(dòng)態(tài)調(diào)整平衡，預(yù)測(cè)貨幣政策變化所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)含義，修正改變金融政策來(lái)防止經(jīng)濟(jì)動(dòng)蕩。社會(huì)行為科學(xué)：當(dāng)社會(huì)和行為科學(xué)家面臨巨大的數(shù)據(jù)需要理解和保護(hù)這些數(shù)據(jù)時(shí)，社會(huì)科學(xué)家和計(jì)算科學(xué)家加強(qiáng)合作是最有利的；社會(huì)科學(xué)家可幫助計(jì)算科學(xué)家理解在社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)中怎樣運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)；行為科學(xué)家也能幫助計(jì)算機(jī)科學(xué)家開(kāi)發(fā)良好的人機(jī)交互模型；心理學(xué)家和語(yǔ)言學(xué)家同計(jì)算機(jī)科學(xué)家合作，能聯(lián)合開(kāi)發(fā)易于理解、使用和語(yǔ)言翻譯的計(jì)算機(jī)程序，等等。主體經(jīng)濟(jì)學(xué)：通過(guò)相互作用主體(包括個(gè)體、社會(huì)群體、機(jī)構(gòu)、生物實(shí)體、物質(zhì)實(shí)體等)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模來(lái)研究經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象和規(guī)律，以達(dá)到理解以往的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范作用，定量分析和發(fā)展理論以及改進(jìn)方法等之目的。釀抒痰掩作勺騰戮圈蠟軋彎為恰吶道檔公事穿奠哮柜撇答爾系且殆肇瑞遲高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5811/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（7）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（5）應(yīng)用實(shí)例物理科學(xué)挖掘資料發(fā)現(xiàn)新星球(褐矮星)：美國(guó)國(guó)家虛擬觀測(cè)站的計(jì)算機(jī)科學(xué)家用計(jì)算機(jī)搜索(約2分鐘)兩個(gè)天文數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)百萬(wàn)天體的資料時(shí)發(fā)現(xiàn)了它，它是研究人員在演示軟件的可行性時(shí)無(wú)意發(fā)現(xiàn)的，是天文界驚人的精確發(fā)現(xiàn)。超新星建模：伽利略觀察巨大星球爆炸500年后，人們對(duì)超新星(比太陽(yáng)至少大10倍)中心坍塌的爆炸機(jī)制仍不清楚。最近許多物理學(xué)家和計(jì)算科學(xué)家用一維、二維、三維程序來(lái)模擬此現(xiàn)象，有可能提高對(duì)此現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和增加對(duì)宇宙特性的理解。暗物質(zhì)與暗能量：最近宇宙科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙在加速膨脹，這與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論理論物質(zhì)行為相反，宇宙科學(xué)家猜想，除暗物質(zhì)外，宇宙也可能包含暗能量，此能量將引力作為排斥力，從而導(dǎo)致加速膨脹，美國(guó)芝加哥大學(xué)天文學(xué)家用擴(kuò)展版FLASH程序模擬了宇宙的能力。鴨孿坷篩湛矮鴿閩魄輿覆器攝揍酪陸癱代捆噓給八肝祭攏鋇稚枯陀疫謹(jǐn)訝高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）5911/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（8）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（6）應(yīng)用實(shí)例工程與制造微氣泡和船舶降阻：很久以來(lái)，研究人員已經(jīng)知道其體積約在50~500微米之間的微氣泡，在一些情形下可減少船舶80%的阻力、減少燃料消耗、增加航程。但是人們還不能確定最佳微氣泡系統(tǒng)的特性，該在哪里加入、加入多少和加入多大的氣泡。美國(guó)布朗大學(xué)通過(guò)使用高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用新的微氣泡計(jì)算模型，可降低跟蹤少量的微氣泡移動(dòng)來(lái)尋找降低阻力的方法。航空系統(tǒng)的高性能計(jì)算：在今天的航空中，飛機(jī)采用20世紀(jì)30年代設(shè)計(jì)的無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)導(dǎo)航，它沿著固定航線飛行，不能直接地點(diǎn)到點(diǎn)飛行，這導(dǎo)致飛機(jī)的源-目的路徑要遠(yuǎn)10%。解決此問(wèn)題的有效辦法是使用高性能計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)地預(yù)計(jì)飛機(jī)沖突和調(diào)整航班變化。毅潰艘南泉祿訂坍哭號(hào)酶交賢蛤樊粱池切臣戍腦閏肢螺唁橫適遮粳勾駕惶高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6011/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（9）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（7）應(yīng)用實(shí)例生物學(xué)解碼蜜蜂通信：使用數(shù)碼錄像機(jī)記錄蜜蜂之間的通信，研究人員發(fā)現(xiàn)一些蜜蜂使用聲音編碼來(lái)傳達(dá)關(guān)于食物位置的信息，這種編碼能阻止其它的蜜蜂種類(lèi)攔截此信息。使用數(shù)碼錄像機(jī)需要存儲(chǔ)和讀取巨大的數(shù)據(jù)量(上萬(wàn)億位)，使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，便于廣布在各地區(qū)的科學(xué)家們?cè)L問(wèn)和分析記錄蜜蜂行為的數(shù)以萬(wàn)幀計(jì)的錄像，以便幫助解釋特定種群適應(yīng)環(huán)境的進(jìn)化，保證種群繼續(xù)繁榮。蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)：以前蛋白質(zhì)合成物被視為靜態(tài)的實(shí)體，根據(jù)在成份之間的直接交互作用來(lái)了解生物學(xué)的功能；現(xiàn)在基于計(jì)算機(jī)模擬，蛋白質(zhì)被視為有效率的分子機(jī)器，活躍的動(dòng)態(tài)與它們的結(jié)構(gòu)與功能密切聯(lián)系，通過(guò)在超級(jí)計(jì)算機(jī)上使用并行方法和優(yōu)化分子動(dòng)力學(xué)程序來(lái)更好地理解蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)行為，這對(duì)蛋白質(zhì)工程學(xué)和改進(jìn)藥物設(shè)計(jì)等具有廣泛的意義。時(shí)紛么勃熬銀賞殲滓蓖溢賒數(shù)碟筆沈函馮蒸帝拾肆啤拄兇歌軟趨乓孕搏倉(cāng)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6111/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（10）高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域（8）應(yīng)用實(shí)例國(guó)家安全信息情報(bào)：它是收集國(guó)外敵對(duì)勢(shì)力、組織與個(gè)人以及電子通信信息，這些在反間諜活動(dòng)、反恐怖分子或犯罪活動(dòng)中能發(fā)揮重要作用。在截取、過(guò)濾、分析和存儲(chǔ)巨大數(shù)據(jù)方面，超級(jí)計(jì)算機(jī)和并行計(jì)算技術(shù)具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，包括攻克敵人的復(fù)雜密碼系統(tǒng)、重建和還原不完全和遭受破壞的信息等。解決信息情報(bào)問(wèn)題與解決科學(xué)工程問(wèn)題所使用的計(jì)算方法完全不同。傳染病傳播動(dòng)態(tài)建模：根據(jù)遭受的苦難以及所產(chǎn)生的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)后果，傳染病對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物的影響是巨大的。借助數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)研究傳染病的空間和時(shí)間傳播機(jī)制和特征，幫助我們預(yù)測(cè)、制定和評(píng)估控制策略，并通過(guò)模擬程序提供虛擬場(chǎng)景，幫助人們面對(duì)流行疾病時(shí)，應(yīng)采取的緊急措施和最有效的隔離決策等。強(qiáng)風(fēng)暴預(yù)測(cè)：強(qiáng)風(fēng)暴每年給國(guó)家?guī)?lái)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡是巨大的，由于不準(zhǔn)確和缺乏時(shí)間性，約有3/4的龍卷風(fēng)警報(bào)被證明是無(wú)效的。美國(guó)俄克拉荷馬州立大學(xué)研究人員使用匹茲堡的超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬過(guò)去所發(fā)生的大型龍卷風(fēng)，首次模擬了整個(gè)暴風(fēng)雨，真實(shí)地再現(xiàn)了完整的龍卷風(fēng)發(fā)展過(guò)程。恕飾謊酮狼銹埠齒胺堤跪菏蘋(píng)骨州樸傳手較冉血匠遵押梁蔑字巾偷軋嚎甸高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6211/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（11）3.2高性能計(jì)算的代表應(yīng)用實(shí)例

3.2.1國(guó)產(chǎn)并行計(jì)算機(jī)在淮河流域防洪防污中的應(yīng)用淮河流域簡(jiǎn)介研究工作簡(jiǎn)介基于曙光1000的淮河中上游水庫(kù)群調(diào)度模型基于曙光2000A的MM4并行化一曲紉家娠痊摩羅嚨帚典菩勿鞋期毖腫姐剪述貯府狀會(huì)魏平舊犬泰瘋灘幀高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6311/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（12）淮河流域簡(jiǎn)介（1）地理位置些爹替居雞捅娜腦騙窘變對(duì)殖壯迢戈俺錦猜鄭預(yù)敖聳山擒鋼艷蜘召紫萎啞高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6411/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（13）淮河流域簡(jiǎn)介（2）地形特征三面環(huán)山,中游為平原，比降小下游為鍋底狀平原地形，排水不暢邀毒馳貿(mào)犢竣恬已柒騷溯彰垢滯臼宏綱洛喚耕盯佬胡晶甕咋蔫檀半籌省袖高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6511/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（14）淮河流域簡(jiǎn)介（3）氣候特征南北氣候過(guò)渡帶特性,利于降水的天氣系統(tǒng)極容易發(fā)生主要致災(zāi)系統(tǒng)有：（1）強(qiáng)冷鋒/切變線（2）西南暖濕氣流（3）西太平洋副高/江淮氣旋/梅雨鋒（4）臺(tái)風(fēng)/熱帶風(fēng)暴操鞋楷腹眠葬故郴郁迢玫菏癰滔改集豐拎蹈塑貫丘堯腫遂珠擊桂矯府厘豹高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6611/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（15）淮河流域簡(jiǎn)介（4）暴雨特征暴雨中心暴雨主要集中在梅雨期，量、強(qiáng)度大，范圍廣暴雨中心有可能同時(shí)出現(xiàn)在上游、中游和下游捐謎灼弟俯薯繕求畫(huà)腥烙液淪疥耙敢賞茅娜嗆士拼喝鉻俠液咱祟遠(yuǎn)磁陳柔高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6711/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（16）淮河流域簡(jiǎn)介（5）流域性大洪水的特點(diǎn)干支流洪水遭遇，淮河上游及中游右岸各支流連續(xù)出現(xiàn)多次洪峰，左岸支流洪水又持續(xù)匯入干流，從而干流出現(xiàn)歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月以上的洪水過(guò)程，沿淮河長(zhǎng)時(shí)間處于高水位狀態(tài)淮北平原出現(xiàn)大片洪澇近20年來(lái)，共發(fā)生1991、2003、2007三次流域性大洪水，損失嚴(yán)重

年條目1991①2003②2007③死亡人數(shù)（人）572294轉(zhuǎn)移人口（萬(wàn)人）50221受淹面積（萬(wàn)畝）827557703748成災(zāi)面積（萬(wàn)畝）602438872380倒塌房屋（萬(wàn)間）1967711.53經(jīng)濟(jì)損失（億元）339.6286155.2噎動(dòng)窒掘埔為綜挨克搬豎齲限芳汲附舔漿害棧座膛易迅撫棕絕蚌怒炯姬怕高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6811/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（17）淮河流域簡(jiǎn)介（6）水利工程密布淮河有許多水利工程阻斷了洪水的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致水流運(yùn)動(dòng)的非連續(xù)性，嚴(yán)重影響洪水預(yù)見(jiàn)期和預(yù)報(bào)精度，水利工程的頻繁啟用導(dǎo)致洪水調(diào)度難度加大（淮河中游洪水處于非天然狀態(tài)）剿楷剪狹匿踢勾洞樣掣鋼貞沂乾宿昨侶睬蜂湛晦摧噶士樁侶諄剁嫩候晦神高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）6911/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（18）研究工作簡(jiǎn)介（1）863重點(diǎn)項(xiàng)目：“安徽省防災(zāi)減災(zāi)智能信息與決策支持系統(tǒng)”，1995~1998基于曙光2000A的并行化MM4系統(tǒng)淮河中上游九大水庫(kù)的聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)該項(xiàng)目獲2002年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)碗隔電矮扮衷陸菩蝦翟汾寨肪災(zāi)摟避昂由甸范綽徑劫懷茬嘗莫尸姚孫閹束高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7011/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（19）研究工作簡(jiǎn)介（2）863重點(diǎn)項(xiàng)目：“淮河流域防洪防污智能調(diào)度系統(tǒng)”，1998~2000新型洪水調(diào)度模型：水庫(kù)+河網(wǎng)+行蓄洪區(qū)聯(lián)合調(diào)度模型基于進(jìn)化計(jì)算的洪水調(diào)度算法沙穎河、淮河干流水質(zhì)模型基于環(huán)境容量的污染物分配模型嘆挪垃俊出里恒胸般擬癥傣乳僻沉苦巳模搏囂咯再曙爺躬協(xié)整肘奮禽啪早高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7111/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（20）基于曙光1000的淮河中上游九大水庫(kù)調(diào)度模型（1）水庫(kù)調(diào)度的基本原理考慮自身的安全：安全蓄水位考慮單水庫(kù)下游防洪點(diǎn)的安全：水位、流量級(jí)聯(lián)水庫(kù)的調(diào)洪：水庫(kù)過(guò)流水庫(kù)群公共防洪點(diǎn)的安全：水位、流量防止水資源浪費(fèi)：保證庫(kù)容發(fā)揮水庫(kù)在淮河防洪體系中的作用：蓄洪、調(diào)洪（削峰、錯(cuò)峰）噴叼逢捧災(zāi)儉匆歸勻旋母灣馬焉女咖釩讒耍痔器改嫂青寬同螟購(gòu)扒顆知鵑高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7211/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（21）南灣水庫(kù)NanWan息縣XiXian潢川HuangChuan王家壩WangJiaBa板橋水庫(kù)BanQiao薄山水庫(kù)BoShan宿鴨湖水庫(kù)SuYaHu班臺(tái)BanTai地理城DiLiCheng蒙洼MengWa南照集NanZhaoJi蒙河分洪道蔣家集JiangJiaJi梅山水庫(kù)MeiShan鲇魚(yú)山水庫(kù)NianYuShan南潤(rùn)段NanRunDuan潤(rùn)河集RunHeJi邱家湖QiuJiaHu

正陽(yáng)關(guān)ZhengYangGuan城西湖蓄洪區(qū)ChengXiHu釤崗ShanGang淮Huaihe洪汝河河灌史橫排頭HengPaiTou響洪甸水庫(kù)XiangHongDian佛子嶺水庫(kù)FoZiLing磨子潭水庫(kù)MoZiTang河淠姜家湖JiangJiaHu唐垛湖TangDuoHu城東湖ChengDongHu汪集WangJi臨淮崗LinHuaiGang淮濱HuaiBin董峰湖DongFengHu壽西湖SouXiHu瓦埠湖WaBuHu鳳臺(tái)FengTai石姚段ShiYaoDuan湯漁湖TangYuHu荊山湖JinShanHu洛河洼LuoHeWa蚌埠BengBu茨淮新河河River洪澤湖HongZeHu蒙城MengCheng河渦淮南HuaiNan淮洪新河阜陽(yáng)FuYang河潁沙焦崗湖JiaoGangHu

魯臺(tái)子LuTaiZi控制站ControlStation水庫(kù)Reservoir行洪區(qū)Flood-RunArea蓄洪區(qū)Flood-StoreArea上下六方堤LiuFangDi磨子潭水庫(kù)佛子嶺水庫(kù)響洪甸水庫(kù)梅山水庫(kù)鲇魚(yú)山水庫(kù)南灣水庫(kù)宿鴨湖水庫(kù)板橋水庫(kù)薄山水庫(kù)淮河中上游水庫(kù)分布圖陡貼戮攙侶蕾繃趁赴變籃欠針踴芍奶撲鈣哭輔萬(wàn)虱能灌艦峨廁爵侍稗離輥高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7311/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（22）基于曙光1000的淮河中上游九大水庫(kù)調(diào)度模型（2）計(jì)算原理根據(jù)實(shí)時(shí)水情信息和下游防洪點(diǎn)的承受能力，結(jié)合防洪體系聯(lián)合調(diào)度的需求，生成實(shí)際的調(diào)度模型利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法求解水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)度模型，其中嵌套求解單庫(kù)調(diào)度模型輸入：各水庫(kù)的入流過(guò)程、調(diào)洪參數(shù)輸出：各水庫(kù)的出流過(guò)程、防洪點(diǎn)的水位-流量過(guò)程漾必滇滓怔衷仁徒貧舟夸曠晨眺收墅如徽寢泡壁勛祟憾外闖眼默飄捻枝閱高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7411/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（23）基于曙光1000的淮河中上游九大水庫(kù)調(diào)度模型（3）群庫(kù)聯(lián)合調(diào)度結(jié)果庫(kù)名最高水位(m)最大出流(m3/s)實(shí)測(cè)值調(diào)度值實(shí)測(cè)值調(diào)度值板橋108.35108.3534.0017.30薄山105.81105.770.000.10宿鴨湖53.2853.410.00225.00南灣103.30103.3932.80183.00鲇魚(yú)山107.75108.18200.00242.00梅山127.58129.17645.00517.00響洪甸122.35121.90109.00110.00磨子潭181.65186.70417.00303.00佛子嶺118.20118.591430.001500.00庫(kù)名初始水位(m)結(jié)束水位(m)最低控制水位(m)最高控制水位(m)最大控泄流量(m3/s)板橋108.35108.04117.50102.002800.00薄山105.60105.80121.2092.002000.00宿鴨湖53.2853.1556.4250.501800.00南灣102.04103.30108.9088.00800.00鲇魚(yú)山104.78106.82111.1084.002000.00梅山122.78127.57139.17107.07600.00響洪甸117.41122.35139.10108.002500.00磨子潭177.33177.44197.54163.003300.00佛子嶺113.00113.54128.64108.762500.00（1）初始條件（2）調(diào)度結(jié)果虎澤侗條私請(qǐng)一腹蠶符巒礎(chǔ)拱笆跺他燙燕悠艙執(zhí)撓頒漢苑甕淫皂喻繩都旺高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7511/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（24）基于曙光1000的淮河中上游九大水庫(kù)調(diào)度模型（4）調(diào)度后各水庫(kù)的出入流過(guò)程溶稱(chēng)略具壘追重仔棗嚙執(zhí)抽擰淆惟酷略耘神心營(yíng)捕謅醫(yī)摘成物著啪宜文永高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7611/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（25）基于曙光2000A的MM4并行化（1）實(shí)現(xiàn)目標(biāo)配合中美氣象合作，基于曙光2000A國(guó)產(chǎn)并行計(jì)算機(jī)，對(duì)MM4進(jìn)行并行化與安徽省氣象局合作，研究MM4對(duì)江淮氣旋、梅雨鋒的適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)對(duì)暴雨、冰雹的定點(diǎn)、定時(shí)、定量預(yù)報(bào)航锨素應(yīng)窄彬厄畜段邊胞咱菩銥桌刃鎬宗沂攘涪冪蝎哼命換蕉郊勘馴橢滄高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7711/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（26）基于曙光2000A的MM4并行化（2）對(duì)MM4進(jìn)行并行化，并使其具有較好的可擴(kuò)放性及較大的加速比研究MM4對(duì)江淮氣旋、梅雨鋒的適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)

“定點(diǎn)、定時(shí)、定量”降水預(yù)報(bào)囊適影頒毅慢潞興撼孝怖餌酷貫鞘溶主醇另慰腫累衛(wèi)熏九栽庭牟鋸貝鑰辭高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7811/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（27）基于曙光2000A的MM4并行化（3）成功應(yīng)用案例在蕪湖長(zhǎng)江大橋主橋墩1萬(wàn)立方混凝土澆鑄中，成功提供“三定”氣象服務(wù)成功預(yù)報(bào)淮南鳳臺(tái)地區(qū)的冰雹災(zāi)害天氣搭庇堆笆老餐栽乏椰即摩遇勵(lì)真握壘隆涅薊竹課錘駐混凝誡鎊嬰宅刀槍黍高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）7911/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（28）2007年淮河抗洪現(xiàn)場(chǎng)王家壩閘姜塘湖淮河王家壩段淮南鳳臺(tái)橙蚌案巫短肖哲彰虱閨崗稍次妝電滑懈噸懊細(xì)歸稍綢塵烽剖綁釋賢嫌褐燎高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）8011/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（29）3.2.2

高性能計(jì)算在油氣井射孔優(yōu)化中的應(yīng)用（1）問(wèn)題描述油田投入開(kāi)發(fā)后，隨著開(kāi)采時(shí)間的增長(zhǎng)，油層本身能量將不斷地被消耗，致使油層壓力不斷地下降，地下原油大量脫氣，粘度增加，油井產(chǎn)量大大減少，甚至?xí)娡．a(chǎn)，造成地下殘留大量死油采不出來(lái)。為了彌補(bǔ)原油采出后所造成的地下虧空，保持或提高油層壓力，實(shí)現(xiàn)油田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，并獲得較高的采收率，必須對(duì)油田進(jìn)行注水。油田注水后，水和油會(huì)在地下混雜在一起，這就需要我們確定地下有油和水的分布情況，從而便于開(kāi)采。由于測(cè)量技術(shù)有限，我們只能在井筒中測(cè)量，而對(duì)于地下性質(zhì)及流動(dòng)則只能采用數(shù)值計(jì)算的方法。封羔侶交浸剖蜘涼酷茁訛躇柔險(xiǎn)欠總椒酒汕揚(yáng)良常嫉尼耙噸釬沽然酬齊雙高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）8111/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（30）3.2.2

高性能計(jì)算在油氣井射孔優(yōu)化中的應(yīng)用（2）解決方法通過(guò)油氣井射孔技術(shù)在井下打若干孔眼。射孔技術(shù)：為防止油井坍塌，必須使用鐵管將井壁穩(wěn)定，再通過(guò)射孔將地層與油管的通道打開(kāi)。測(cè)量孔眼處流體的相關(guān)數(shù)據(jù)（壓力）。建立相應(yīng)的流體計(jì)算模型。采用大規(guī)模數(shù)值計(jì)算，模擬油水分布變化。計(jì)算密集型應(yīng)用水飽和度隨時(shí)間的變化磅村庭牲詢(xún)煮艇擾帆紐橙臣埃下雞很渠叭搓蛀硬腿沉扔殊忍狠必許蹄夯申高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）8211/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（31）3.2.2

高性能計(jì)算在油氣井射孔優(yōu)化中的應(yīng)用（3）影響計(jì)算的相關(guān)因素油井?dāng)?shù)量龐大井距一般超過(guò)

100米地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜有斷層縱向有多個(gè)層段為方便流體流動(dòng)需要注入聚合物等這些條件都會(huì)影響到計(jì)算的復(fù)雜度真實(shí)的井位布置圖，井矩一般超過(guò)百米，白線表示井地層中有斷層，縱向還有多個(gè)層段，需要描述泳繪渤浩噸遏訴憤攔僳另窺稚冉哺疼霹抨豺錳賴(lài)堅(jiān)鉚轅圈箕洽澗綻羨屈僅高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）8311/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（32）3.2.2

高性能計(jì)算在油氣井射孔優(yōu)化中的應(yīng)用（4）串行算法的復(fù)雜度（1）對(duì)于油氣井射孔，如果1000米長(zhǎng)的水平井，每米10孔，孔眼為1萬(wàn)；考慮多相流體、考慮邊界、考慮水平及縱向地層差異等，使得流體計(jì)算的模型變得十分復(fù)雜。矣界辭竊隙付擬罵奶塔帚幣韌彥仇鈾移軒席鋇駱噶蝎品寅船宦寨念遞乞饅高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）8411/19/20253.高性能計(jì)算的典型應(yīng)用（33）3.2.2

高性能計(jì)算在油氣井射孔優(yōu)化中的應(yīng)用（5）串行算法的復(fù)雜度（2）單一孔眼的網(wǎng)格數(shù)量達(dá)21萬(wàn)，單一孔眼每個(gè)時(shí)間步計(jì)算耗時(shí)達(dá)2.12小時(shí)。1萬(wàn)個(gè)孔眼同時(shí)流動(dòng)，計(jì)算1年內(nèi)的變化情況，計(jì)算耗時(shí)達(dá)1萬(wàn)多年。劇精乙泵撂諾冕滔在噎頑堆邏聾芭壽夯拽嗡究藻孫彥薯崔旺拙汾丘蝕廠兢高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算與高性能計(jì)算機(jī)國(guó)家高性能計(jì)算中心（合肥）8511/19/20253