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| [技术]电脑高性能计算理论基础 |
| 木棉论坛 |
| 2005-2-10 10:32:00文/佚名 |
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一、高性能计算基础:
1.1.高性能计算介绍
高性能计算（HPC）是一个计算机集群系统，它通过各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，利用所有被连接系统的综合计算能力来处理大型计算问题，所以又通常被称为高性能计算集群。
高性能计算方法的基本原理就是将问题分为若干部分，而相连的每台计算机（称为节点）均可同时参与问题的解决，从而显著缩短了解决整个问题所需的计算时间。
通常，解决大型计算问题需要功能强大的计算机系统，而现在，随着高性能计算的出现，使这一类应用从昂贵的大型外部计算机系统演变为采用商用服务器产品和软件的高性能计算机集群。因此，高性能计算系统已经成为解决大型问题计算机系统的发展方向。 那么，什么样的大型问题最适合使用高性能计算系统呢？一般来说，高性能计算是为了实现在下列情况下的计算系统：
能够突破性能极限的计算。
单个高端计算机系统不能满足其需求的计算。
需要通过专门的程序优化最大限度提高系统的I/O、计算和数据传送性能的计算。
1.2.高性能计算的发展
1.2.1. 矢量对称多处理
上世纪80年代，由定制设计的软硬件和Fortran编译器组成的大型单片机系统占据着高性能计算的统治地位。该系统可以完成所需工作，但计算机的快速演进使其在几年内即被弃用。它没有遵循摩尔定律，昂贵的成本抑制了它的发展，它只能解决少数用户的计算需求，显然不能为大众所接受。
矢量高性能计算包括以下组件：
定制CPU
定制内存
定制封装
定制互连
定制操作系统
成本极其昂贵：每gigaFLOP(每秒十万亿次浮点运算)约500万美元
技术演进统计：只有约1/3符合摩尔定律的预测
1.2.2. 大规模并行处理
上世纪90年代，HPC系统开始采用商业化处理器和内存，但这些系统仍需依赖定制的互连、封装、操作系统和系统管理工具。系统添加了一个Fortran编译器，同时其售价仅为80年代的1/25。该系统虽然更为强大，但由于某些硬件仍需定制，所以它仍无法完全遵循摩尔定律的原理。其中一个最典型的实例就是Sandia沂笛槭也渴鸬腁SCII red系统。
商业化（COTS）CPU
商业化内存
定制封装
定制互连
定制操作系统
成本较高：每gigaFlop(每秒十亿次浮点运算)约20万美元
技术演进统计：只有约1/2符合摩尔定律的预测
1.2.3. 高性能计算机集群系统
目前几乎所有组件均已上市，并被商业化操作系统(如Linux)紧密连接在一起。现在，集群新硬件的快速推出进一步验证了摩尔定律。实际上，许多性能卓越的集群都在其原始配置基础上获得了显著提高。
（COTS）CPU
（COTS）内存
（COTS）封装
（COTS）互连
（COTS）操作系统
集群阵列拉近了它与高端超级计算机的性能差距。
COTS联网技术已经非常成熟。
成本适中：每gigaFLOP(每秒十亿次浮点运算)约4000美元
技术演进完全遵循摩尔定律
1.3. 高性能计算的市场预测
1.3.1. 截止到2005年的预测概览
在本世纪前5年内，技术系统和服务器市场收入的复合年增长率(CAGR)将可达到13.1%，届时市场收入将超过112亿美元。随着高端性能和企业级系统的扩展，预计所有市场都将实现增长。
全球高性能技术系统收入
定制技术计算机 超过1,000,000美元的系统 介于250,000美元与999,999美元之间的技术系统 低于250,000美元的技术系统
集群解决方案的增长幅度将会明显超过整个技术系统市场。集群增长的主要推动因素在于它能够以极低的购价将大量原始计算性能整合起来，因此，集群技术今后必将成为推动组件和性能增长的主要推动因素。
到2005年，服务器集群系统的收入预计会占到服务器市场总收入的14%。 这些系统的进一步普及要归功于以下几个方面：
商业化（COTS）系统的计算能力呈指数增长。
连接节点的商用技术发展迅速，现已能实现高速节点间的无瓶颈通信。
可支持高性能集群并行计算特性的软件开发工作已取得很大进展。
1.3.3. 英特尔支持高性能计算的发展
作为引领这一浪潮的弄潮儿，英特尔致力于不断在科研、陆地与空间探索、工程和娱乐方面突破创新。长期以来，英特尔一直致力于支持高性能计算：
具备出色性价比的处理器
可支持相关性能的主板和平台
HPC的相关行业支持方案
InfiniBand
软件开发
开放源代码的操作系统
服务器管理。
集服务、行业影响和研发支持于一体的综合生态系统。
另外，英特尔?安腾?处理器可使计算机厂商将处理器的设计成本转嫁给英特尔，通过与英特尔这样一个可靠的长期供应商进行合作，在商用处理器竞争中与其他厂商站?quot;同一处理器起跑线"上。
英特尔安腾处理器可在保持极具竞争力的价格的同时，不断缩小产品差异；它能够提供更多集群方案，在高端市场创造更多竞争机会；同时，它还为目前尚未涉及这一技术计算市场的公司提供了一个入门策略。基于上述几点，安腾处理器在未来十年内必将拥有一个呈增长态势的市场环境。
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