Computility第5章

算力2035王紅梅5.15.25.35.4算力那些事算力概述通用算力超算算力目錄CONTENTS5.55.6智算算力拓展：算力網(wǎng)絡(luò)討論：當(dāng)說到“超級計(jì)算機(jī)“的時(shí)候你怎么去理解這個(gè)“超級”呢？在你的認(rèn)知中，有哪些和“超級”有關(guān)的事情呢？描述某個(gè)同學(xué)學(xué)習(xí)超級好描述某人超級有錢描述...下面給大家分享一個(gè)和超級有關(guān)的故事。相傳印度舍罕國王打算重賞國際象棋的發(fā)明人——大臣西薩·班·達(dá)依爾。國王：你說吧，你想要什么都可以說西薩：我想要的是...國王：你盡管說西薩：這個(gè)8*8的棋盤，第一格放1粒麥子，第二格放2粒麥子，第三格放4粒麥子，以后每格麥子的數(shù)量是前面的翻倍即可。國王：就這點(diǎn)要求，好的好的。124你是國王你會(huì)答應(yīng)西薩的請求嗎？國王最終給西薩這些麥子了嗎？12420+21+22+...+264粒麥子,約2000億噸。以現(xiàn)在的水平，差不多是300年全球麥子的產(chǎn)量之和。指數(shù)問題。是個(gè)超級問題。延伸一下，我們要講的超級計(jì)算機(jī)，其算力和普通計(jì)算機(jī)比，是按指數(shù)倍數(shù)來算。1GFlops=109Flops1TFlops=1012Flops1PFlops=1015Flops1EFlops=1018Flops5.4.1超算的概念5.4.2超算的分類5.4.3超算的內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.4.4中國的超算能力5.4.5超算中心

計(jì)算機(jī)終端的算力，足夠我們?nèi)粘Ｉ?、學(xué)習(xí)、娛樂了。

但是有些領(lǐng)域，比如天氣預(yù)報(bào)、天體物理模擬、航空航天、地震預(yù)報(bào)、石油天然氣等勘探、CAE仿真計(jì)算、生命科學(xué)等，計(jì)算量非常大，需要超強(qiáng)算力，必須超級計(jì)算。這聽起來好像離我們有點(diǎn)遠(yuǎn)，和我們關(guān)系不大？5.4.1超算的概念

天氣預(yù)報(bào)怎么做到呢？

得益于超級計(jì)算機(jī)每12分鐘實(shí)時(shí)刷新未來6小時(shí)的氣象變化數(shù)據(jù)，并且準(zhǔn)確預(yù)測未來15天以上氣象變化情況。

討論：假如你要出門6小時(shí)，對于是否帶傘的問題有點(diǎn)糾結(jié)，你通常都怎么做？5.4.1超算的概念不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，超級計(jì)算機(jī)簡稱超算，適用于高性能大型主機(jī)系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的計(jì)算能力、高級別的計(jì)算精度，能夠以極快速度處理海量數(shù)據(jù)集和進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算。5.4.1超算的概念超級計(jì)算機(jī)體積也是超級大的5.4.1超算的概念2024年

世界第一名的超級計(jì)算機(jī)Frontier超級計(jì)算機(jī)占地面積約372平方米5.4.1超算的概念對應(yīng)于不同的用途，各種超級計(jì)算機(jī)采用的技術(shù)架構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能評測標(biāo)準(zhǔn)都不一樣。為了能有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量超級計(jì)算機(jī)性能指標(biāo)，1993年成立了國際TOP500組織。該組織每半年對世界上各個(gè)超級計(jì)算機(jī)用Linpack程序進(jìn)行一次基準(zhǔn)測試，將排名前500的系統(tǒng)在世界TOP500排行榜網(wǎng)站上公布。TOP500代表著世界上前500臺運(yùn)行速度最快的超級計(jì)算機(jī)。任何單位和組織的超級計(jì)算機(jī)要想進(jìn)入TOP500名單，必須運(yùn)行一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的HPC性能測試程序并將測試結(jié)果提交給TOP500組織。5.4.1超算的概念2024年TOP500排行榜名次計(jì)算機(jī)速度(Flops)部署地1Frontier1.2E美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室2Aurora1.0E美國伊利諾伊州的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室3Eagle561P微軟Azure云平臺4Fugaku442P日本神戶理研計(jì)算科學(xué)研究中心5LUMI379P芬蘭CSCEuroHPC中心橫向看：亞歐美洲都有5.4.1超算的概念縱向看：你追我趕，互相超越圖表2:2010-2024年全球超級計(jì)算機(jī)性能TOP500榜單排名第一變化情況時(shí)間超級計(jì)算機(jī)名稱研制者國家2010.11-2011.06天河-1國防科技大學(xué)中國2011.06-2012.06京(超級計(jì)算機(jī))理化學(xué)研究所日本2012.06-2012.11藍(lán)色基因/QIBM美國2012.11-2013.06TitanCray美國2013.06-2016.06天河-2國防科技大學(xué)中國2016.06-2017.11神威·太湖之光國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心中國2018.06-2019.11SummitIBM美國2020.06-2021.11SupercomputerFugaku富士通日本2022.06-2023.06FrontierHPE美國2023.06-2024.06FrontierHPE美國5.4.1超算的概念你可能比較好奇，最近幾年的TOP500排行榜沒有了中國的身影，為什么呢？實(shí)際上，中國的超算成就是舉世矚目的，中國在2021年以前的全球超級計(jì)算機(jī)排名中，曾8次位居榜單第一，但是我們在2021年宣布，不再參加Top500的HPL基準(zhǔn)測試。5.4.1超算的概念為什么不參加，同學(xué)們可以查查資料來談?wù)摵头窒怼?.4.2超算的分類

根據(jù)超級計(jì)算機(jī)規(guī)模和用途不同，可分為通用超級計(jì)算機(jī)和專用超級計(jì)算機(jī)。通用的超級計(jì)算機(jī)是多數(shù)，服務(wù)于軍事、醫(yī)藥、氣象、金融等眾多領(lǐng)域。（1）神威·太湖之光（2）前沿超級計(jì)算機(jī)（Frontier）專用超算只能高效地處理同一類型問題。（1）國際“象棋高手”“深藍(lán)”（2）日本的“地球模擬器”；（3）紐約的安騰超級計(jì)算機(jī)：分子動(dòng)力學(xué)模擬。比超算Frontier還要快上50倍以上。超級計(jì)算機(jī)本質(zhì)上有單個(gè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成單個(gè)計(jì)算機(jī)超級計(jì)算機(jī)5.4.3超算的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

超級計(jì)算機(jī)由眾多計(jì)算節(jié)點(diǎn)組成（一個(gè)節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于一臺計(jì)算機(jī)）超級集群。每個(gè)節(jié)點(diǎn)配有多個(gè)CPU等處理器，節(jié)點(diǎn)之間用高速網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，共享存儲器。各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)在操作系統(tǒng)管理下可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行計(jì)算，從而完成復(fù)雜艱巨的計(jì)算任務(wù)。5.4.3超算的內(nèi)部結(jié)構(gòu)天河二號擁有16000個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備2個(gè)處理器和3個(gè)協(xié)處理器。天河2號上運(yùn)行的是國防科技大學(xué)開發(fā)的麒麟操作系統(tǒng)。算力達(dá)到了5.49億億FLOPS。5.4.3超算的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

回望1980年代，中國的高性能計(jì)算機(jī)完全依賴進(jìn)口，受限于國外技術(shù)封鎖。

典型的案例就是中石油采購的IBM超級計(jì)算機(jī)，被安置在一個(gè)玻璃房子里，使用受美國全程監(jiān)控，啟動(dòng)密碼和機(jī)房鑰匙都在美國人手里，成果還要美國審查。

這個(gè)事件被稱為中國在級超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的“玻璃房”事件，也是中國在超級計(jì)算機(jī)領(lǐng)域受到的超級侮辱事件之一。5.4.4中國的超算能力

后來，我國科學(xué)家發(fā)憤圖強(qiáng)，于1983年12月發(fā)布了銀河1號超級計(jì)算機(jī)。隨后，又發(fā)布了銀河2號到銀河4號，形成銀河超級計(jì)算機(jī)系列。應(yīng)用銀河超級計(jì)算機(jī)，我國成為世界上少數(shù)幾個(gè)能發(fā)布5-7天中期數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的國家之一。銀河系列后來又升級為“天河”系列，2010年，天河一號A成為中國第一個(gè)全球運(yùn)行速度最快的超級計(jì)算機(jī)。5.4.4中國的超算能力

神威超級計(jì)算機(jī)的研制團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持國產(chǎn)化道路，厚積薄發(fā)，于2016年6月成功研制出世界上最快的超級計(jì)算機(jī)“神威太湖之光”，這臺超級計(jì)算機(jī)落戶在位于無錫的中國國家超級計(jì)算機(jī)中心。5.4.4中國的超算能力

神威太湖之光，在2016至2017年間，它連續(xù)四次蟬聯(lián)世界Top500排行榜超級計(jì)算機(jī)冠軍。5.4.4中國的超算能力中國的超級計(jì)算經(jīng)過幾十年發(fā)展，擁有了銀河、天河、神威、曙光系列，由落后發(fā)展為世界領(lǐng)先。5.4.4中國的超算能力

什么是超算中心，超算中心和超級計(jì)算機(jī)有什么關(guān)系呢？超算中心，即超級計(jì)算中心，是指部署有超級計(jì)算機(jī)的機(jī)構(gòu)。5.4.5超算中心大家都知道哪些超算中心？你是否親自使用過超算中心的算力，趕快來評論區(qū)說說吧。

自2009年，科技部開始批準(zhǔn)建立超級計(jì)算中心。截至2024年，科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)建立的國家超級計(jì)算中心有11個(gè)：國家超級計(jì)算天津中心、國家超級計(jì)算廣州中心、國家超級計(jì)算深圳中心、國家超級計(jì)算長沙中心、國家超級計(jì)算濟(jì)南中心、國家超級計(jì)算無錫中心，國家超級計(jì)算鄭州中心、國家超級計(jì)算昆山中心、國家超級計(jì)算西安中心、國家超級計(jì)算成都中心、國家超級計(jì)算太原中心。另外還有中新重慶國際超算中心、文昌航天超算中心、烏鎮(zhèn)之光超算中心等，天河一號和三號在天津，神威太湖之光在無錫。

5.4.5超算中心5.4.5超算中心11個(gè)國家級超算中心和3個(gè)地方超算中心國家超級計(jì)算鄭州中心坐落在鄭州高新區(qū)，由鄭州大學(xué)負(fù)責(zé)建設(shè)、管理、運(yùn)行和服務(wù)工作。鄭州中心配備”中科曙光”新一代高性能計(jì)算機(jī)，峰值計(jì)算能力為100PFlops，存儲容量為100PB。

5.4.5超算中心在國內(nèi)，當(dāng)你有超算需求的時(shí)候，該怎么辦呢？是花費(fèi)幾個(gè)億美金買一套嗎？這些超算中心的計(jì)算資源是可以租用的。對學(xué)生和老師有時(shí)候還有免費(fèi)資源可提供。討論：請搜索一下，目前最快的超級計(jì)算機(jī)是誰？為執(zhí)行什么程序設(shè)計(jì)的？造價(jià)是多少？2024年全球超級計(jì)算機(jī)排名第一如下?：Frontier，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室，美國能源部運(yùn)營。1、安裝在74