学科前沿技术（高性能计算机）

梦幻小丑灯

高性能计算机：
       二十世纪八、九十年代是高性能计算机丰富多彩的时期，各种体系结构的系统争奇斗妍。进入二十一世
纪，高性能计算机产业逐渐成熟，用户面大大扩大，技术也不断聚焦。工业界认为，现在主流体系结构收缩
成三种，即SMP, CC-NUMA, Cluster。其他如MPP, Vector, Mainframe 虽有存在的价值，但不具有商业活力。
在产品上只有两类产品具有竞争力。一是高性能共享存储系统，如IBM690, SUN Enterprise15000, SGI Origin
3800；二是工业标准机群，包括以IA（Intel architecture）架构标准服务器为节点的PC机群和以RISC SMP标
准服务器为节点的RISC机群。传统的超级计算机，在满足国家特定的应用需求上，依然存在它们的身影。这
些系统的用户更关心性能而不十分在乎价格，如NEC SX6 Vector系统、Cray X1 MPP系统、IBM BlueGene-L
MPP系统、定制节点的ASCI超节点机群系统。它们虽在产业中不能成为主流，但在技术上能成为HPC研究的
驱动力，对产业有技术辐射作用。

　　对高性能计算机产业影响最大的就是"工业标准机群"了，反映了标准化(Standardization)在信息产业的巨
大杀伤力。工业标准机群采用量产标准化部件(volume commodity)构成高性能计算机系统，极大提高了性能
价格比，从科学计算开始逐渐应用到各个领域。其中，推动了这一趋势形成的三个核心技术是Intel Xeon处理
器、Linux操作系统和Myrinet互连网络。今天，我们从下面这张列表中可以买到搭建系统所需要的一切。

1. 
   
2. 　 CPU: Xeon/Opteron/Itanium；
   
3. 　 Memory: SRAM/DDR；
   
4. 　 I/O: HyperTransport/PCI-X/PCI Express；
   
5. 　 Storage: SCSI/FC/SATA/iSCSI；
   
6. 　 Network: Myrinet/Quadrics/Infiniband/G-Ethernet；
   
7. 　 Boxing: Chassis/Cabinet/Cable；
   
8. 　 OS: Linux/GNU Compiler/Java/Luster；
   
9. 　 Protocol: GM/VIA/Verb/MPI/PVM/uDAPL；
   
10. 　 Library: MKL/ESSL/ACML/Scalapack/Gauss；
    
11. 　 Management: CMS/PBS/LSF/Vampir；
    
12. 　 Application: Paradiam/LS-DYNA/Cerius/MM5/Blast/Oracle RAC；
    
13. 　 Integration: LinuxNetworx/Scali；

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　　高性能计算机的产业现状对中国学术界的最大影响是"Are We Lost?"(我们是否迷失了？) 。其中we
= 系统研究者。以前，工业界不能给国家、关键行业、科研教育合理地提供所需要的高性能计算设备，
提供一台可用"系统"是HPC研究的主要目的，就像为两弹一星，为石油勘探提供计算工具那样。这样情
景一直持续到不久的过去。“我们”突然发现在提供多少多少亿次系统的能力(capability)这一衡量标准上面，
和研究生们，工程师们相差无几。在企业面前，"我们"也似乎失去了存在的价值。"我们"的研究结果将
我们自己逼到了墙角。在世界范围，这种情况同样存在。从ISCA会议有关系统的文章逐年直线下降可以
印证。

　　就工业标准机群而论，是否已经完善，再没新技术可供研究了呢？显然不是。这一技术路线只解决
了方便廉价地组合系统这一问题，未解决的问题很多，下面将会阐述。现在的困惑是：以前是"三角形"
技术路线，部件在下面，顶端是系统，用峰值或Linpack就能清楚地表述结果；现在是"放射状"技术路线，
不同的技术解决不同应用的问题，多目标，将系统做为一个整体，缺乏新的衡量指标（尽管有 HPCS，
尚停留在概念阶段），缺乏象龙芯-2 CPU研制提出的" 500MHz@0.18u + SpecCPU2000=300"这样简
洁的目标。拿一台系统和另一台系统相比，变得很难公平合理地衡量。从系统的整体这个角度，你看不
出大学师生搭的系统和IBM销售给企业的系统之间的区别。说的软硬件部件都是同样的名词。不管你说
什么，每个人都可以说"me too"。必须将系统的每个部分细节地进行比较，才能显出差别和优势。这些
说明HPC研究在技术突破上处于停滞状态。

        网格计算机(Grid Computer)代表了我们在计算机系统的组织和部件技术的研究方向，是我们在"广
"这个方向上的努力。研究动机是，网格的理念与特征是否可应用于计算机系统呢？即在网格环境下的
计算机系统在部件和组织上应有所创新，如同网络改变了计算机系统一样（如NFS ）。现有的IA架构服
务器的技术被标准化了，大到每一个部件，小到机箱的尺寸，开槽的位置，在网格的推动下，应有所突
破。