028028高性能计算公共服务平台的特点与展望

高性能计算公共服务平台的特点与展望

关键词：高性能计算 公共服务平台

高性能计算公共服务平台的特点

高性能计算中心是集最先进的计算机硬件设施、各学科最前沿的应用软件资源和跨学科计算技术服务人才于一体的机构，具有如下显著特点：

稀缺性

单个作业计算量数量级增长的计算速度需求和社会整体对聚合计算能力的快速增长需求，迫使高性能计算中心配置技术最先进、速度最快的超级计算机系统。这些超级计算机是一种价格昂贵的“快速消费品”。

全球TOP500总计算能力（Linpack值）以每年5倍的速度增加（见表1）；日本NEC公司造价4亿美元的“地球模拟器”和英国爱丁堡大学造价1.13亿英镑（约16亿元人民币）的HECToR超级计算机都足以说明其昂贵和“快速消费”的特点。

高性能计算机的通用性和昂贵性，吸引了众多领域的大型专业应用软件运行于其所形成的平台之上，形成了单一硬件系统上应用软件的多样性。

这些运行于高性能计算机上的大型专业应用软件都是以运行速度作为基本考量。因此，硬件的通用性与各应用软件专用性的矛盾需要通过经验丰富的技术人员进行合理的静态和动态软硬件配置与调度

奚自立

上海超级计算中心

加以解决，以达到最有效的资源利用率和最佳的运行效率。

硬件的昂贵、软件的多样化以及配置的复杂性形成了高性能计算机服务平台资源的稀缺性特点。

前导性

计算机技术的发展历史，其实也是超级

计算机技术的发展历史。一项新的计算机硬件技术的发明，都是从超级计算机的研制开始的。因为超级计算机都是所处时代速度最快的计算机，其硬件系统是最先进的，位于计算机技术和科学研究的最前沿。

高性能计算机硬件系统的先进性支撑了各学科领域的应用软件，特别是以追求速度为第一目标的计算密集性应用软件，如有限元分析、模式匹配等大型专业应用软件的运行和发展，有效地为各学科领域最前沿的研究与发展提供了服务。

例如工业界广泛使用的Nastran是全球功能最强的有限元分析软件，能解决一个2亿自由度（MDOF1）的模型，是已知同类产品中最大型、最快速的有限元分析软件。开发这一软件的UGS公司期待着在不久的将来NX Nastran能解决高达10亿自由度的问题。该软件的可伸缩性和速度大大改进了用户的生产力，帮助其实现了更快的创意验证并加快了创新步伐。

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专题报道／Cover Features

又如在生物基因工程领表1 2001~2006年全球TOP500总体计算规模趋势域，世界排名前10（TOP10）的超级计算机中有3台是用于基因研究的。据估算，人类每100万个脱氧核糖核酸（DNA2）基中，只有12个真正的基因。在上百万个鱼龙混杂的脱氧核糖核酸中寻找12个真正的基因，其难度可想而知，这项艰巨的工作对于目前的计算机硬软件来

说是“难以完成的任务”。正因为如此，人学计算中心（CSC6）和韩国超级计算中心类基因组计划才与曼哈顿原子计划、阿波罗（KISTI7）等，都服务于多个学科的数值计算登月计划一起并称为人类科学史上的重大工研究。程。针对该项“难以完成的任务”——人类基因研究，美国能源部联合了生物信息、高

性能计算和巨型并行系统3个领域的领头研究高性能计算公共服务平台的运机构，即圣地亚（Sandia）国家实验室、塞莱行成果拉（Celera）基因中心和康柏电脑公司3共同来

目前，继理论科学和实验科学之后，计

应对基因时代对计算机的挑战。三方签署了

算科学已被公认为人类认识世界改造世界的

一项联合研究与开发协议，以开发新一代专

第三大科学研究方法。从20世纪70年代中期

门为满足生物计算与全部生命科学应用需求

开始，国际上超级计算中心经过了20多年的

而设计的软件与计算机硬件。这项研究将首

发展，不仅证明了超级计算中心对于科学研

先实现每秒100万亿次运算的目标，最终将实

究的巨大推动能力，而且对于经济发展和增

现每秒千万亿次运算。

强国力有着不可替代的作用。超级计算中心已成为衡量一个国家经济技术综合实力的重

公共性要标志。

高性能计算这种科学研究方法的主要作物质的可计算性确定了数学在科学技术

领域的基础地位，计算机作为一种先进的计用体现在以下三点：

加速实践和实验过程 借助数值仿真和过算工具，已成为科学计算、工程设计和产品

研制的最基本工具，而高性能计算机则是各程模拟的方法，通过高性能计算平台的高速运学科领域前沿研究的关键。如同所有的学科算，再现各种环境下的实验状况，为最终产品与数学相关一样，几乎所有的学科都与高性提供实验数据。典型的应用如汽车碰撞过程模能计算相关，因此高性能计算中心作为跨学拟、材料疲劳数字实验和数字风洞等。

进行难以在现实世界完成的试验 如航天科研究的公共基础平台，对国家整体的科学

器的飞行模拟、地震环境的仿真与预测以及进步起着至关重要的作用。

世界各国的主要超级计算中心，如美国宇宙天体的轨迹计算等。特别是一些对环境的圣地亚哥超级计算中心（SDSC4）、英国可能造成破坏的实验，如高压实验、爆炸试5验等。

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Deoxyribonucleic Acid，脱氧核糖核酸3

Compaq computer crop，当时美国第三大计算机公司，后被惠普公司并购4

San Diego Supercomputer Center

高性能计算公共服务平台未来的发展方在海量数据中探索未知 在科学研究向是：

中，人们常常从已经发现的物质运动规律出科学计算中心 以各种高性能计算的技发，去探索无限的未知世界，这些规律往往术研究为主，任务是探索新技术，寻找新发体现在海量的数据中，如密码解析、基因比明。这类中心将持续保有当代最先进的通用对和无限宇宙空间的物质搜索等都是如此，高性能计算机系统，多样化的最先进的专业在这里，高性能计算平台是一种非常有效的应用软件系统和一批跨学科的技术人才，是手段。

国家未来科技创新的基础所在。

行业工程计算中心 由于计算机硬件资源的价格不断下降，大型专业应用软件不断成高性能计算公共服务平台的未来

熟但价格昂贵，为了充分利用昂贵的软件，从技术趋势来看，集群计算机的出现以领域应用软件和相关数据库为主的独立专业领域计算中心（包括数据分析中心）将会使得硬件资源越来越便宜，软件资源却越来越来越多。如数字风洞中心、数字材料实验越昂贵，而且其维护成本越来越高。其原因中心和基因筛选中心等等。这些中心将以特主要为：硬件的元器件和结构无实质性的突定领域的大型成熟应用软件为基础，配以高破；通用并行软件的技术远没有达到实用的速的通用或专用计算机系统，为该领域内的阶段；应用对速度、精度和规模的需求快速提供高水平的专业计算分析服务。

提高。

企业业务计算中心 企业业务主要依赖于目前，峰值10Tflops8的集群计算机（512高性能的数值计算或数据分析，因此设立企个CPU）价格在2000万元人民币左右，而一套业内部单一业务的高性能计算中心对企业来512CPU的流体力学软件Fluent将超过2000万元说更为有效。

人民币。位于爱丁堡并行计算中心的HECToR从全球TOP500可以看出，工业用户从1993超级计算机每年的运行维护费用高达到540万年的154家发展到2007年的286家，充分展示了英镑至820万英镑（约1.18亿元人民币）。

科学研究带动工业发展的过程（见表2）。

表2 15年来TOP500应用领域的变化 (1993年6月

)

5 Edinburgh Parallel Computing Center6

Center for Scientific Computing7

Korea Institute of Science and Technology Information

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专题报道／Cover Features

中国高性能计算公共服务平台的展望

中国的高性能计算事业开始于技术应用，主要是在石油、气象和空气动力学领域。为摆脱先进国家在高端技术领域对我国的限制和控制，我国开始了银河超级计算机的研制。从20世纪90年代曙光超级服务器诞生起，我国的高性能计算事业开始进入向各技术和服务领域渗透的发展阶段。

20世纪90年代末至本世纪初，公共超级计算中心开始出现，带动高性能计算的应用走向社会。高性能计算公共服务平台的出现，把高端技术带出了研究“深院”，把最先进的研究平台带到企业，也把最新的科研成果带进了工程建设和产品研制。在科研投入的相对值与绝对值较少的今天，高性能计算公共服务平台更显示出其特有的意义，成为促进工业现代化和信息化的重要手段。

从最近一次的全球TOP500排名可以看 到，美国仍然是高性能计算机（HPC9）最大的消费者，占据了500台中的284台。欧洲由6个月前的127台增加至149台，位列第二。亚

洲占据了58台，位列第三。

欧洲地区，英国以48台的成绩确立了第一的位置（6个月前为43台），德国以31台的数量屈居第二（6个月前为24台），绝对数量上均有所提高。

亚洲地区，虽然日本从6个月前的23台下降到20台，但是依然占有明显优势。值得一提的是，虽然日本的超级计算机数量不如英国，但它们的计算总能力早已经超过了英国。值得关注的是中国内地从6个月前的13台下降到10台。印度则从6个月前的8台上升到9台。

上述数据明确地显现出一个国家或地区的超级计算能力与该国的先进性成正比率关系。随着国家经济实力的增强，对科学技术认识的不断提高，我国将会出现更多的高性能计算公共服务平台。若干年后，行业工程计算中心将形成并进入商业运行，而且企业业务计算中心会越来越多，并对提高企业竞争力，建立创新型社会产生直接的作用。可以预期，那时中国的超级计算机拥有量将位于世界的前列。

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奚自立

中国计算机学会高级会员，CCF高性能计算专业委员会委员。高级工程师，上海超级计算中心主任，国务院政府津贴获得者。2006~2007年受邀赴美国伯克利大学作访问学者。长期从事计算机系统结构、操作系统的研究。多次获得国家科技进步一等奖、二等奖。

T=1012，即万亿9

High Performance Computer