清華大學(xué)HPC課件單擊此處添加副標(biāo)題匯報(bào)人：XX目錄壹HPC概述貳HPC系統(tǒng)架構(gòu)叁HPC編程模型肆HPC算法與優(yōu)化伍HPC案例研究陸HPC未來趨勢HPC概述章節(jié)副標(biāo)題壹高性能計(jì)算定義利用集群/超算實(shí)現(xiàn)萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算，解決復(fù)雜科學(xué)問題計(jì)算能力核心并行/分布式集群架構(gòu)，含CPU、GPU、高速存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)特征涵蓋氣象預(yù)測、生物工程、航天器設(shè)計(jì)等14個(gè)科研領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋HPC的發(fā)展歷程從1960年代CDC6600到1970年代Cray-1，奠定向量處理技術(shù)基礎(chǔ)。早期探索01021990年代清華率先采用商用工作站構(gòu)建集群系統(tǒng)，打破國外壟斷。集群革命032000年后集成GPU加速，2016年"神威·太湖之光"登頂全球超算榜首。異構(gòu)融合HPC的應(yīng)用領(lǐng)域HPC用于氣候建模、分子動(dòng)力學(xué)等，加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程?？茖W(xué)計(jì)算HPC處理海量數(shù)據(jù)，挖掘隱藏模式，支持商業(yè)決策。數(shù)據(jù)分析HPC助力航空航天、汽車設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)品性能。工程模擬010203HPC系統(tǒng)架構(gòu)章節(jié)副標(biāo)題貳硬件組成核心組件，執(zhí)行實(shí)際計(jì)算任務(wù)，配備多核處理器、內(nèi)存及本地存儲(chǔ)。計(jì)算節(jié)點(diǎn)01提供大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與高速訪問，采用硬盤陣列、NAS或SAN技術(shù)。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)02連接各節(jié)點(diǎn)，提供高帶寬低延遲通道，常用InfiniBand、以太網(wǎng)等技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)03軟件環(huán)境基礎(chǔ)軟件涵蓋操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等，為HPC提供穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)境。集群套件包括分布式框架、任務(wù)調(diào)度器等，實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算與任務(wù)高效調(diào)度。網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)01技術(shù)類型涵蓋InfiniBand、NVLink等高速互連技術(shù)，支撐HPC高效數(shù)據(jù)傳輸。02技術(shù)作用實(shí)現(xiàn)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)設(shè)備間低延遲、高帶寬通信，提升集群性能。HPC編程模型章節(jié)副標(biāo)題叁并行編程基礎(chǔ)并行編程指同時(shí)使用多個(gè)計(jì)算資源解決問題，提高計(jì)算效率。并行概念01將大問題分解為多個(gè)小任務(wù)，并行執(zhí)行以加速整體處理速度。任務(wù)分解02消息傳遞接口MPIMPI基礎(chǔ)特性MPI核心功能01MPI是跨節(jié)點(diǎn)并行編程標(biāo)準(zhǔn)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與集體通信，適用于分布式內(nèi)存系統(tǒng)。02提供數(shù)據(jù)聚合、全局同步等操作，支持復(fù)雜并行算法實(shí)現(xiàn)，如矩陣運(yùn)算與深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練。共享內(nèi)存編程OpenMPOpenMP基于共享內(nèi)存，通過編譯指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)多線程并行，簡化并行開發(fā)。并行編程模型01提供并行區(qū)域、工作共享、同步等指令，及線程管理、環(huán)境變量等函數(shù)。指令與函數(shù)02在矩陣乘法、π值計(jì)算等場景中，OpenMP可顯著提升計(jì)算效率。應(yīng)用實(shí)例03HPC算法與優(yōu)化章節(jié)副標(biāo)題肆算法設(shè)計(jì)原則01簡潔高效算法設(shè)計(jì)應(yīng)追求簡潔，減少不必要的計(jì)算步驟，提高執(zhí)行效率。02可擴(kuò)展性算法需具備良好的可擴(kuò)展性，以適應(yīng)不同規(guī)模和復(fù)雜度的計(jì)算任務(wù)。性能優(yōu)化技巧利用OpenMP、MPI實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，加速任務(wù)處理并行優(yōu)化改進(jìn)算法步驟，降低時(shí)間與空間復(fù)雜度，提升計(jì)算效率算法優(yōu)化調(diào)試與分析工具使用性能分析工具，定位HPC算法中的性能瓶頸。性能分析工具借助調(diào)試工具，快速發(fā)現(xiàn)并修正HPC算法中的錯(cuò)誤。調(diào)試輔助工具HPC案例研究章節(jié)副標(biāo)題伍科學(xué)計(jì)算案例清華大學(xué)機(jī)械系采用初志A2000集群存儲(chǔ)，滿足高性能計(jì)算需求，提升存儲(chǔ)效率與可靠性。清華大學(xué)HPC項(xiàng)目爬取鏈家租房數(shù)據(jù)，分析房源分布、戶型偏好及租金情況，提供市場洞察。租房數(shù)據(jù)分析利用數(shù)據(jù)分析NBA球員數(shù)據(jù)，通過圖表展示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，輔助理解數(shù)據(jù)分布。NBA數(shù)據(jù)分析初探010203工程仿真案例利用HPC進(jìn)行汽車空氣動(dòng)力學(xué)仿真，優(yōu)化車身設(shè)計(jì)，降低風(fēng)阻系數(shù)。汽車空氣動(dòng)力學(xué)01通過HPC模擬橋梁在不同荷載下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，確保橋梁安全性和穩(wěn)定性。橋梁結(jié)構(gòu)分析02數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用案例清華大學(xué)HPC支撐基因測序，高效處理海量數(shù)據(jù)，助力遺傳病研究?；驕y序研究HPC處理氣象數(shù)據(jù)，提升天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，保障社會(huì)安全。天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)HPC未來趨勢章節(jié)副標(biāo)題陸新型計(jì)算架構(gòu)簡介：重定義人工神經(jīng)元，提升AI計(jì)算性能與能效。新型計(jì)算架構(gòu)非線性激活優(yōu)化、權(quán)重共享、可塑性突觸，增強(qiáng)自適應(yīng)學(xué)習(xí)。架構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)推動(dòng)AI與HPC融合，賦能智能制造、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域。應(yīng)用前景量子計(jì)算的影響量子計(jì)算與HPC結(jié)合，提升計(jì)算速度和效率，推動(dòng)科學(xué)研究和工程突破。量子計(jì)算融合0102量子計(jì)算在特定問題上展現(xiàn)優(yōu)勢，HPC為其提供穩(wěn)定環(huán)境，共同解決復(fù)雜問題。量子優(yōu)勢探索03量子計(jì)算與HPC產(chǎn)業(yè)生態(tài)成型，企業(yè)、科研院所共同推動(dòng)，應(yīng)用探索加速。產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建HPC與人工智能結(jié)合01HPC與AI融合HPC提供算力支撐AI模型訓(xùn)練，AI