高性能計算機

前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇高性能計算機范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發現更多的寫作思路和靈感。

高性能計算機范文第1篇

論壇嘉賓現場訪談

在很多人印象中，高性能計算機既遙遠又神秘，似乎只有科學家們才會與之發生聯系。作為世界第六大高性能計算機制造商和國內最大的高性能計算機企業——曙光公司也常常遇到這樣的誤解。

“過去確實是這樣的，高性能計算機是只有極少數的科研機構、政府部門才能夠使用的，但現在高性能計算機已經滲透到各行各業。”在參加第十三屆中國經濟論壇時，曙光公司總裁歷軍告訴《中國經濟周刊》。

12月14日，嫦娥三號探測器在月球表面預選著陸區域成功著陸，這標志著我國已成為世界上第三個實現地外天體軟著陸的國家。這背后的英雄便是曙光的高性能計算機。而且不僅僅是嫦娥三號，“神舟”、“玉兔”、“天宮”背后也統統都有曙光的身影。

超級計算機為宇宙飛船在目標軌道計算、空間碎片定軌計算、控制飛船入軌、發射氣象氣候監測、飛船發射窗口設計等方面，做出了其他信息化設備無可替代的貢獻。

但是，如果你將這看作是高性能計算機的主要作用就大錯特錯了，你所吃的米飯得益于雜交水稻技術，而這是通過高性能計算機進行基因配對的；你所觀看的電影，其中的特效讓人心馳神往，這是通過高性能計算機完成的；你的小汽車消耗的汽油，是通過高性能計算機模擬找到的油田生產的；你每天關注的PM2.5數值可以通過高性能計算機進行分析和預測；你每天用手機刷微博、玩微信、逛淘寶，背后全部是高性能計算機……

“隨著基于高性能計算機的云計算技術和大數據分析的普及，我們可以肯定高性能計算機將會成為未來一個重要的生產工具，各行各業都會使用到，特別是對傳統的制造業，會帶來翻天覆地的變化。”歷軍說。

“傳統的中國制造業主要依靠人力成本的優勢，而未來的中國制造要想繼續成功，就要更多依靠技術創新，高性能計算機能夠為科技創新提供基礎性的支撐，給中國制造的轉型升級提供無窮的可能性，未來我們應該叫高科技制造業。” 歷軍補充說。

高性能計算機范文第2篇

曙光公司副總裁聶華在不久前參加全國高性能計算(HPC)學術年會中曾表示：預計完全自主知識產權的千萬億次超級計算機曙光6000將于2010年推出。但由于國產龍芯CPU尚在研發當中，所以明年4月份以前不會面世。曙光6000研發成功后，預計將服務于國家華南超級計算中心。

曙光6000將采用異構計算的結構，支持不同的處理器，最大的不同在于天河一號用的是“英特爾CPUAMDGPU”，而曙光6000將采用完全自主設計和擁有全部知識產權的國產龍芯處理器，“普通CPU+國產龍芯處理器”的組合。國產處理器成為曙光6000最備受關注的原因之一。

眾所周知，曙光6000的研發成功代表著國產高性能計算機研發跨出重要一步。曙光6000與曙光5000等之前的高性能計算機不同――為了突破千萬億次大關，曙光6000將采用全新內部架構，并且支持異構集群，也就是說既使用普通x86處理器，也有龍芯處理器。

高性能計算機范文第3篇

關鍵詞：高性能計算機；光互連網絡；結構分析

1、光互連的分類和原理以及WDM技術的原理

光互連根據傳輸介質的不同可以分為兩類：波導光互連與自由空間光互連。

（1）波導光互連的原理

攜帶數據的光由二極管激光器發射出來，進入光束傳輸介質集成光波導中，由于光波導的外層折射率大于芯層折射率，此時光的入射角恰好滿足全反射的條件，光束發生全反射從而沿著光波導進行傳播直到被另一端的光探測器接收到，這樣就實現了光互連的效果。

（2）自由空間光互連的原理

在數據發送端有發射端調制光發送器負責發送攜帶數據信號的光束，當光束通過光學器件時，在光學器件的影響下光束發生轉折或傳輸受控后到達數據的接收端，接收端的光探測器將接收到的攜帶數據的光信號轉換成為電信號，并進行處理，構成各種拓撲結構的互聯方式，從而實現光的寬頻帶和獨立傳播無干擾的特性，使得數據的傳輸速率、互連度及互連密度大大的提高，實現三維空間的光通信。

（3）WDM技術的原理

上面介紹了光互連的原理，但是要想將其應用于網絡中使其發揮其優點還需借助一種技術——波分復用技術，即WDM技術。光分復用技術是使用光纖將光進行光頻分復用。在光的傳輸系統的發送端采用復用器將不同波長的光信號組合起來并將信號合并于一根光纖中進行傳播，接收端接收光后使用解復用器將不同波長的光信號分離出來并將其分別處理，實現網絡的光交換和恢復。

2、高性能計算機光互連網絡體系結構

雖然光互換技術等的發展迅速，但是由于高性能計算機系統的高要求，基于光互連網絡的體系結構等的技術研究的需求仍十分迫切。高性能計算機光互連網絡體系結構是指目前光互連交換網絡中的關鍵部分，包括：可擴展的互連網絡的拓撲結構、報文緩存、路由策略、仲裁策略、聚合通信機制等等。下面以基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系結構為例，依次對這幾個方面進行分析。

（1）基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系的拓撲結構

在高性能計算機的系統結構中，其互聯網絡一般采用的是層次式的互連性拓撲結構，如胖樹結構，以其為例。該系統一共有64個計算結點，各個結點內有4—32個SMP，其中16個SMP構成一個SMP簇，每個SMP簇是按胖樹結構來構成系統內部的互連網絡的。結點間的互連鏈路從葉結點開始向根節點延伸的過程中逐漸增多，就連向根部伸展的枝杈也不斷變粗。SMP簇中的16個SMP可以直接的傳遞信息和數據，不同的SMP簇之間的信息和數據的傳遞是通過葉結點和中心交換結點來完成的。因此，胖樹結構具有許多的優點：低延遲、可擴展連接、高寬帶等，但是目前的互聯網的性能有限，想在高性能計算機內全采用胖樹結構而使其發揮優勢仍然是個難題。

（2）基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系的路由策略

該體系的路由交換結點是根據波長分離器進行設計的。波長分離器可以綜合空分和波長光的路由，因此具有波長路由的選擇功能，是該系統的核心器件。波長分離器可看成是具有多個可輸入輸出的2×2光交換設備。通過波長分離器可使特定波長聚集進入上層的路由節點中，其他波長不能進入只能留在原來那一層內。這樣就實現了不同波長的光的分離的目的。其優點是在同層次上可以實現波長的重復使用，大幅度減少了整個系統所需的波長信道的數量。

（3）基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系的通信機制

互聯網的處理器間的通信分為：超葉結點的內部通信和超葉結點之間的通信，其中內部通信是由基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系的拓撲結構以及通信的機制來決定的，而結點之間的通信是由光互連網絡的特定波長信道實現通信的。其通信機制大致為：每兩個超葉結點之間的通信需要其互為兄弟結點才能夠實現，即第一層子樹的結點只能和一層次子樹的結點進行通信。

（4）基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系的報文緩存和仲裁策略

基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系的仲裁策略是由Hybrid MAC協議來實現仲裁訪問的。Hybrid MAC協議有兩種形式：A類是控制報文，只有幾十個字節的報文，數據很少，一般是存儲器一致性控制報文，用于預約訪問控制和一些延遲要求高的小信息；B類是數據報文，數據很多，如存儲數據塊報文，它比A類大幾個數量級，可達到幾萬字節，因此可用于傳輸大尺寸的報文。Hybrid MAC協議對這兩種類型的報文都支持。Hybrid MAC協議采用的策略是包括基于預分配和預約的混合策略，因此可實現低延遲和沒有沖突的通信。仲裁過程的實現是這樣的：在每個通道上，預約控制報文（RCP）與存儲數據塊報文（MDP）是共同傳輸的。其中RCP以廣播方式進行傳輸，其每個預約項都明確的標明了這次通信的波長通道、報文大小以及目的結點，而且控制報文傳輸周期的發送。存儲數據塊報文是在數據報文的傳輸周期的內分槽發送的，其中各個槽最多可同時在C個波長信道上進行數據的發送。在此期間，只要求數據報文在傳輸周期內發送完即可，其存儲的數據塊長度可以發生改變。每個結點都存在一個光接收器陣列，該陣列可接受幾乎所有波長的信號，因此MDP可在任何可以使用的波長信道上進行傳播。在結點發送RCP前必須等待預約周期的到來，預約周期中，在信道上結點會廣播自己的預約的消息，接著數據報文的傳輸周期內就可以傳輸存儲數據塊地報文了。因此基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系具有明顯的雙模態特性。

3、基于波長分離器的高性能計算機光互連網絡體系的性能分析

首先，胖樹拓撲結構的采用以及光互連代替電互連鏈路，使得有足夠的點到達點鏈路帶寬，可以充分的發揮出胖樹拓撲結構的優點；層次式結構可以在不增加整個系統的波長信道的總數的前提下也可獲得優良的可擴展的性能；底層超葉結點的設計 可以大幅度的節省信息的傳遞時間，減輕了網絡的負擔。

其次，互聯網的延遲性能良好。波長分離器的特殊設計以及波長路由的尋址實現使得數據傳輸的速率可視為光速，因而延遲性能良好。

再次，采用空分復用技術和波分復用技術增強了整個系統的可擴展性。波長分離器允許同一層次的波長通道的重復使用，因而大幅度的減少了整個系統所需的波長信道的數量，因而系統的可擴展性增強了。

最后，雙模態特性不必采用可調光收發器，也不浪費專用的控制信道，從而實現了低延遲和沒有沖突的處理器之間的通信。

參考文獻：

[1]王景存，王沁，張曉彤. 高性能光互連機群網絡接口卡的設計與實現[J].計算機工程，2006，（06）.

[2]齊星云，陳永然，竇文華. 基于SOA光開關的高性能計算機全光互連網絡[J].華中科技大學學報，2007，（03）.

[3]齊星云，竇強，陳永然. BOIN:一種新型無緩存高性能計算機光互連網絡[J].電子學報，2008，（11）.

高性能計算機范文第4篇

高性能計算的7大變化

千萬億次的夢想與現實

上下求索

――不同企業發展千萬億次計算的技術路線

以前，大家公認高性能計算機是一個國家綜合實力的體現，因為它是大量科學研究的基礎工具。現在，我們可以說，高性能計算機是商業應用的生力軍，一方面，人們需要更快速度的計算機，因此計算速度達到千萬億次的HPC成為人們努力的一個目標；另一方面，從2002年開始，高性能計算機市場進入了一個高速發展周期，為了適應應用需求的多樣化，商品化、標準化以及好用性、平民化也已經成為今天HPC發展必須要考慮的重要因素。在這一大背景下，我們可以看到HPC發展中的幾大變化。

1．應用――研究與商業應用并舉

在高性能計算的性能方面，國際上有TOP500排行榜，國內有TPO100排行榜，它們是國際與國內HPC發展與應用的一個標竿。

同前幾次TOP500相比，2006年第28屆的TOP500在應用領域并無太大變化，工業、科研和學術仍是超級計算機應用最為廣泛的領域;保密、廠商和政府方面應用的系統數量基本未變。在商業和工業用戶安裝的224臺系統中，IBM系統占121臺，HP系統占116臺，這就表明這兩家公司已從總體上壟斷了這一重要的市場段。IDC的數據也佐證了這一觀點。在2006年，HP在高性能計算領域處于領先地位,占有33％的市場份額，IBM的市場份額則達到了28％，不過IBM在大型組織中部署的HPC，如藍色基因等數據較多。第三名是Dell公司，占到17％，而Sun第四，占到10％。

美國是HPC系統最大的用戶，以308臺的總數傲視群雄。歐洲用戶的數量略有回升，達到95臺，高于亞洲用戶的79臺。在歐洲，英國用戶的數量最多，德國次之。在亞洲國家中，日本最多，中國的安裝臺數在所有國家中位居第五。

在2006年中國高性能計算機性能TOP100排行榜中，石油勘探、工業應用和高校科研是高性能計算機在國內的三大主要應用領域，比率超過了57%。網絡游戲是國內高性能計算機的新興應用領域，從去年的3套增加到了今年的9套。總體而言，2/3以上的系統都直接用在了工業或商業領域；相反，純粹針對科研的科學計算系統比率減少。從地理分布來看，國內早期高性能計算應用主要集中在北京、上海兩地，但近兩年，高性能計算系統的分布明顯呈分散化，分布在全國20多個省市。不過，總體來說，經濟較發達的地區，高性能計算機的數量也較多，這二者之間具有一定的正相關性。

對比后我們發現，與國際高性能計算機的使用相比，中國的高性能計算的工業應用程度不高，其中以石油勘探、地震資料處理最為成功（但現在越來越多的ISV 支持PC 集群，使高端市場受到很大沖擊）。目前中國的高性能計算市場更多地集中在教育和科研領域。同時我們發現，在許多工業領域，如汽車、航空航天器的設計制造、石油勘探、地震資料處理及國防（核爆炸模擬）等，科學計算已經成為首選研究方法。在教育、科研領域，高性能計算有著更廣泛的施展空間，在生命科學、材料設計、氣象氣候研究等學科中已成為科學研究的必備工具。

2．體系結構――集群獨占花魁

HPC常用的體系結構包括MPP（大規模并行處理）、SMP（對稱多處理系統）、集群等。集群是其中成本最低的一種體系結構，它隨著HPC需求的增加而逐漸流行起來。目前它已經成為采用最多的HPC體系結構。

集群就像搭積木一樣，利用商品化的工業標準互聯網絡，將各種普通服務器或者工作站連接起來，通過特定的方法，向用戶提供更高的系統計算性能、存儲性能和I/O性能，并具備單一系統映象（SSI）特征的分布式存儲并行計算機系統。與SMP、MPP等相比，集群性能價格比高，可靠性、可擴展性、可管理性強，應用支持性好等優勢都得到了用戶的認可。

在2006年TOP500中，最常用的體系結構仍為集群系統，高達359臺，占系統總數的72%。2006年的中國TOP100排行榜顯示，超過70%的系統都采用了集群體系結構。值得關注的是，有26套是刀片服務器集群系統，HP和IBM分別占有13套和11套。在這26套系統中，有17套用于石油勘探，6套用于網絡游戲。由此可見，采用刀片服務器搭建集群將是國內HPC應用的一大趨勢。

集群系統流行有以下幾個原因：

第一，一方面，行業應用逐漸成熟，并走向標準化，對高性能計算機的需求也隨之不斷增長；另一方面，構成集群的商品化部件越來越標準化，性能不斷提高，這些都為HPC走上平民化的軌道提供了基礎。而集群是HPC平民化最為合理的實現方式。專家預估，集群系統將走向標準化，進一步推動集群系統的發展和普及。

第二，集群系統能有今天的地位，很重要的一個原因就是Linux操作系統的發展。在TOP500中， Linux系統伴隨著集群系統的興起有不凡的表現，1998年只有一套，但是到2005年已經達到371套，占到了TOP500的74.2%。透過TOP500看高性能計算技術的發展，Linux與集群應該是我們需要重點關注的焦點之一，Linux和集群技術的日益普及已經深刻影響了高性能計算產業的發展，并推動中國高性能計算產業進入一個泛高性能計算時代，俗稱“平民化時代”。

3．節點――刀片節節上升

刀片服務器的應用領域正在不斷擴大。正如上文所言，在高性能計算領域，刀片服務器的魅力正在不斷增強。經歷了從最初1999年誕生，到其后的虛擬化，以及服務器整體性能提升和2005年刀片式服務器的專用化研究，刀片服務器產品在多核、低功耗、虛擬化技術的推動下，已完成從最初一味追求高計算密度的第一代刀片，發展到了強調整體綜合性能、高生產力的第三代刀片產品。

中國大慶石油管理局就采用了惠普的HP BladeSystem構建了一個包含656節點的高性能計算機系統。該系統部署在大慶油田研究院，集群刀片系統承擔著地震資料處理的重任，它由1432顆處理器組成的刀片系統組成，浮點計算能力超過了每秒9.8萬億次，位居中國刀片系統集群榜首。放眼未來，刀片系統必將成為企業級用戶構建適應性IT基礎設施提升競爭力的首選系統。

曙光公司總裁歷軍在一次產品戰略會上表示，刀片系統的用途將不僅僅限于服務器、存儲等后臺設備，也許有一天，刀片式的工作站、刀片式的臺式機也將出現在用戶的面前。刀片系統的管理也不限于后臺，也許網絡管理員還會通過網絡管理到每個人的刀片臺式機，進一步提升系統的效能與成本，“一切都是刀片”不是不可能。

中國惠普的陳鳴先生認為，用刀片構建HPC，相比用機架式服務器構建HPC，具有幾個優勢：可以節省機柜空間，系統密度高；節省電力，刀片系統的能耗明顯比機架系統低;三容易部署與管理，刀片采用模塊化架構，需要就可以插入，沒有太多的線纜，都在機架內完成；集成了網絡設施，可以配置10G光纖通道與InfiniBand等。

未來的兩到三年，刀片式服務器將以其高密度、快速部署與維護、全方位監控管理融合、高可擴展性、高可用性等，全面取代機架式服務器，成為高性能計算中集群體系架構所采用的主力。甚至由專家預言，基于刀片式服務器的集群系統將從2006年開始快速進入市場。

4．操作系統――Linux受到熱捧

在構建HPC時，一般常用的操作系統包括Linux、Unix、Mixed、BSD Based、Mac OS等。Unix大家比較熟悉，包括IBM AIX、HP UX、Sun Solaris等。Unix伴隨著64位RISC處理器技術的發展進入了全盛時代。高端計算機應用首先進入了“64位RISC＋Unix”計算的新階段，Unix隨之進入了全盛時期，成為最熱門的技術，市場容量超過幾百億美元。甚至有人說：“地球是在Unix系統上運轉的！” Unix的未來前途在高端，它將繼續在企業級服務器、中檔高端服務器市場中占領先地位。基于BSD的系統與Unix系統類似，而FreeBSD 和 Linux 一樣是個免費的，最主要的差異是，Linux是從頭到尾重新發展的, 而FreeBSD是基于4BSD(柏克來大學軟件)發展而來，且FreeBSD是比較封閉的。

不容否認，開源的Linux更受用戶歡迎，在HPC中的增長令人刮目相看。從TOP500的數據可以看出，HPC操作系統的發展與變遷。2000年，TOP500中采用Unix占到了65％，而到了2006年，TOP500中采用Linux卻占到了74％。

目前，在2006年下半年的TOP500中，在操作系統方面，Linux仍是應用最為廣泛的操作系統，其上漲勢頭較快，從一年前的318臺上升到376臺。而Unix的使用量則相反，降幅很大，從一年前的154臺下降到86臺。另外，TOP500中有32臺機器使用了混合型操作系統，這也是一個值得關注的方面。

5．處理器――多核處理器趨熱

在HPC中應用的處理器多種多樣，其中包括Intel的Xeon、酷睿Dual Core、安騰，AMD的單核與多核Opteron，IBM的PowerPC、Power，HP的PA-RISC、Alpha，Sun與富士通的SPARC64等。

我們可以為2006年下半年的TOP500中使用的處理器排序。使用最多的仍為Intel處理器，這樣的系統總共有261臺（占總數的52.2%），與一年前的333臺(占66.6%)相比，呈下降趨勢。使用AMD Opteron系列處理器構建的系統達到了113臺(占22.6%），一年前僅為55臺（占11%），這也使AMD處理器一舉超越了IBM Power處理器，成為TOP500使用第二多的處理器。實際上，使用IBM Power處理器的系統也出現了小幅攀升，從一年前的73臺增加到93臺。

雙核處理器已經得到廣泛使用。在TOP500中有76臺系統使用了AMD Opteron雙核處理器，顯示了Opteron雙核處理器的強大生命力；而31臺采用最新Intel Woodcrest雙核芯片的系統也給人以深刻的印象。同時，雙核安騰和Power等也被普遍采用，雙核處理器很快就成為HPC的主流。

專家估計，四核處理器將很快在HPC中應用。設在美國得克薩斯大學奧斯汀分校的得克薩斯高級計算中心（TACC）正與Sun公司聯合開發具有超過400Tflops峰值計算能力的超級計算機系統。該系統基于Sun Fire x64（x86, 64位）高性能服務器和Sun StorageTek磁盤與磁帶技術；配備13000多個AMD公司預計2007年中期開始批量生產的四核微處理器；主存儲容量為100TB，磁盤存儲容量為1.7PB。

6．互聯――千兆以太網

與InfiniBand雙雄爭霸

網絡是集群中各個節點相互連接和協同工作的基礎。在實際的集群系統中，通常采用有兩套彼此獨立的網絡。一套是普通百兆以太網，用于系統管理和文件服務等普通網絡通信,另一套是高速網，主要負責并行計算的消息傳遞和數據交換。在TOP500中，集群采用的高速網主要有Gigabyte Ethernet、10Gb Ethernet、Myrinet、InfiniBand、PathScale的Infinipath、IBM的SP網絡、Dolphin SCI、SGI的Numa－Link、Gray的RapidArray等。而集群中使用最廣泛的高速通信網絡為千兆以太網和InfiniBand。

在2006年的TOP500中，Gigabit Ethernet（千兆以太網）仍然是使用最多的系統互連網絡，但采用數量已經從6個月前的256臺下降到213臺。而采用InfiniBand技術的系統則從6個月前的36臺增長為78臺，顯示出該網絡的強勁發展勢頭。

采用千兆以太網的優勢在于：千兆以太網提供10倍于快速以太網的傳輸交換性能，并與現有的10/100Mbps以太網標準、CSMA/CD協議完全兼容，同時千兆以太網支持以太網、快速以太網的802.1QVLAN標準、802.1p優先級標準及802.3x流量控制協議，將使企業能夠在升級至千兆性能的同時，保留現有的線纜、操作系統、協議、桌面應用程序和網絡管理戰略與工具；千兆以太網具有更有效的帶寬優勢，并且具有良好的發展空間，10G以太網技術與基于以太網幀層及IP層的優先級控制機制和協議標準及QoS支持技術日趨成熟，為高要求服務質量提供了保證基礎。

InfiniBand 完備的通信協議和網絡底層的實現技術借鑒了以太局域網、光纖通道存儲網絡和廣域網絡的研究經驗，因此具有很強的通用性。由于InfiniBand具有工業標準、10Gb/s高性能的互聯、成本低廉、高QoS和RAS性能等諸多特點，得到了越來越廣泛的應用。InfiniBand總線拓撲結構是基于分組交換點到點連接的fat tree結構，有很好的擴展功能。它既能以PCB的形式提供芯片與芯片的互聯，還能以電纜線的形式提供“out of the box”設備與設備之間的互聯。每個單獨的鏈接通道是4根信號線組成的雙向數據通道，雙向理論帶寬是5Gb/s。InfiniBand體系結構中包含5個基本層，自下向上依次是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和上層軟件應用層，其中前4層是通過硬件完成的。在InfiniBand結構中還單獨定義了一個Subnet Manager的概念，它用來配置網絡單元、錯誤報告、鏈接錯誤排除、機箱管理等等。InfiniBand每個單獨的鏈接通道是4根信號線，2根輸入、2根輸出，每個數據方向是2.5Gb/s的帶寬，目前的DDR方式能夠達到單通道單方向5Gb/s帶寬，在DDR方式下的雙向帶寬是10Gb/s。而且不同的通道之間還可以組合成為一個端口，這樣帶寬就可以成倍的增長。由于目前InfiniBand支持到DDR，所以最高的理論帶寬是60Gb/s。

從近幾年來TOP500中所采用的網絡的數量變化可以看出，Myrinet作為經典的高速網絡在TOP500中一直占有較大份額，但2005年被迅速增長的千兆以太網超過；而InfiniBand方興未艾，從2003年出現以來，每年以大約三倍速增長，發展勢頭甚至超過了千兆以太網。可以預測，未來幾年InfiniBand將成為集群高速網絡的增長點。

7．存儲――需求直線增長

增強計算能力的重要性不言而喻，因為科學家們要依靠計算機模型來模擬極端復雜的現象，如全球氣候變暖、地震運動、核聚變以及全球疾病傳播等。計算機模擬使科學家們能夠深入了解這些過程，而這是通過常規的觀察或實驗無法實現的。美國總統信息技術顧問委員會（PITAC）2005年認為，強大的計算能力對于保持美國的經濟競爭力，確保美國在科學技術領域的領導地位，以及維護美國的國家安全，都是至關重要的。

高性能計算機范文第5篇

[關鍵詞]高性能計算；數據處理能力；石油勘探；云計算技術

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.20.055

1 高性能計算在石油勘探開發方面的發展趨勢

1.1 國外的發展趨勢

目前，高性能計算機的性能的速度每年都在快速增長，使其不斷向前發展，其應用由主攻科學計算和工程計算領域，延伸到網絡信息服務和商業自動化領域。

為了提高性能，降低系統功耗，減少占地空間和解決編程和管理較麻煩等問題，高性能計算機技術在發展的同時不斷融入許多新的內容。例如，美國，日本和其他國家試圖運用科學和計算機體系結構的發展結合在一起提供一種新的方法，以此開出一條高性能計算機發展的可持續發展道路。同時，基于網格技術和以商業節點為基礎的高性能計算系統發展非常迅速，其系統的性價比高，研制速度快，美國和歐洲的許多國家紛紛在這類高性能計算機系統研發上投巨資。為了進一步提高高性能計算機的綜合能力，美國正在研究采用包括超導、光互聯和超大規模集成電路等多項先進的技術和工藝。此外，基于量子運算的超高性能計算機的研究，目前正處于理論階段。

1.2 國內的發展趨勢

（1）標準化和集成化的需求：將集群技術標準化，促進了高性能計算機生產的快速發展，同時集成化的集群技術，又拓寬了高性能計算機的應用范圍。堅持標準化與集成化特性和不斷創新技術，高性能計算機的應用前景會越來越繁榮。

（2）集群式高性能計算機的發展：集群體系結構的高性能計算機，指用標準化的互聯網絡將高性能部件連接起來而形成的。科學計算、事務處理和信息服務應用等工作都可以在這個系統平臺上進行。其優勢在于它性價比很高并且具有較高的可靠性和可擴展性，低成本和易維護等。隨著計算機性能的迅速提升和價格的進一步下降，集群式高性能計算機的應用呈現出了蓬勃景象。

（3）網格計算技術的應用：伴隨著高性能計算機和互聯網技術的發展，網格計算技術應運而生，是針對復雜的科學計算的一種全新的計算模式。它主要是通過互聯網把許多分散在不同地理位置的計算機連接起來，形成巨大的高性能計算機。該技術，在石油勘探開發領域發揮了很大作用，成效令人矚目。網格計算技術的推廣和應用，定會使石油工業的未來更加繁榮。

2 高性能計算在石油勘探開發領域中的應用

在石油工程中，數據的處理不容忽視，一點誤差就會帶來很大的損失，這就要求計算機系統有非常高的計算能力，尤其在石油勘探中。石油勘探開發是石油工程的重要組成部分，將在石油的勘探開發中采收集的大量數據進行分析，從而判斷油儲的分布情況。一般是先根據這些數據畫出數據場的等值線，再交由專業人員分析油的分布，有多少油，可想而知這樣的處理方式必會受到限制。另外等值線是二維的，不能形成三維立體的畫面，結果浪費大量的信息的同時又沒有得到我們所期望的結果。如果利用計算機技術和可視化技術，就可以從這些龐大的地震勘探數據中構造出三維實體，顯示參數，直觀地再現油藏的地質構造以及油藏參數在石油開發過程中的變化，給專業人員準確分析和解釋原始數據提供了巨大幫助。這樣的分析將更加準確，定位更加科學，降低石油勘探開發的成本。因此，為了取得勘探的最佳效益，使用高性能計算處理這些海量數據成為必然，這也成為高性能計算在石油勘探領域高需求的主因。

目前，在石油勘探中從采集數據、分析數據、油氣藏描述到開發、鉆井乃至管理整個油田生命周期和對生命周期的經濟評價，全都靠計算機完成。高性能計算機技術的應用非常廣泛，隨著科技的發展，不僅應用在石油化工領域，在氣象預報、核能模擬和生物工程等領域都得到應用，取得了顯著的成績。尤其在石油勘探開發領域，高性能計算機的應用占據了不可或缺的地位，在許多方面象征著高性能計算機技術的發展水平。

3 高性能計算面臨的問題

面對石油勘探行業的特殊性和復雜性，高性能計算如何滿足越來越高要求的數據處理能力成為首要任務。但是目前在計算性能、系統建設與運行成本等方面使得高性能HPC集群計算機系統已經面臨著許多問題，主要表現在三大方面：

一是CPU處理器性能無法滿足對計算能力的需求；

二是石油勘探高速增長的數據和存儲擴容越來越不匹配；

三是能耗制約越來越嚴重，高性能計算機體積大、耗電多以及對計算機房空間、空調、電量需求大。

總的說來，就是傳統的高性能計算方法已無法滿足目前石油勘探行業對計算能力越來越高的要求和對數據處理的大需求，更無法滿足石油勘探發展與應用的需要，這必然導致其會成為制約石油勘探發展的因素。面對這些嚴峻迫切的問題，如何盡快找到滿足高性能計算需求的方法成為石油勘探行業關注的熱點。

4 云計算破局石油勘探高性能計算需求

從目前的形式來看，實現靈活的可伸縮性成為解決石油勘探行業面臨的三大困境的唯一解決之道。也就是要構建滿足石油勘探高性能需求系統的幾大重要點：一是使高性能計算機具有可拓展可伸縮性的計算能力；二是能夠實現對相當大的存儲容量的負載和存儲容量的可伸縮性；三是能夠對計算能力和資源進行更好的管理。因此，許多業內人士將打破石油勘探高性能計算需求局面的希望投向了云計算。

其實，對高性能計算而言，云計算這個概念并不陌生。例如存在一種早期的云計算模式，它把昂貴的計算資源集中部署和集群應用，這就是已經發展近30年的超級計算中心。但這種高計算服務不同于當前所談論的云計算。目前的云計算是傳統計算機技術和網絡技術發展融合的產物，這些技術包括分布式計算、并行計算、網格計算、效用計算、網絡存儲、虛擬化、負載均衡等。其目的是運用網絡把一些較低成本的計算實體整合起來，打造一個具有強大計算能力的系統。如果有效的管理和調度這些用網絡連接的計算資源，建立一個計算資源池以服務用戶，成為云計算的核心思想。