《【精品】計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)概論》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、1.前言超級計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲容量最大的一類計(jì)算機(jī)，多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究，是國家科技發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志。隨著超級計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的迅猛發(fā)展，它也被越來越多的應(yīng)用在工業(yè)、科研和學(xué)術(shù)等領(lǐng)域。我國現(xiàn)階段超級計(jì)算機(jī)擁有量居世界第2位，就擁有量和運(yùn)算速度在世界上處于領(lǐng)先地位，但就超級計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域來說我們和發(fā)達(dá)國家美國、德國等國家還有較大差距。如何利用超級計(jì)算機(jī)來為我們的工業(yè)、科研和學(xué)術(shù)等領(lǐng)域服務(wù)已經(jīng)成為我們今后研究發(fā)展的一個(gè)重要課題。超級計(jì)算機(jī)是一個(gè)國家科研實(shí)力

2、的體現(xiàn)，它對國家安全，經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有舉足輕重的意義。我國超級計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用的發(fā)展為我國走科技強(qiáng)國之路提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保證。超級計(jì)算機(jī)被稱為“經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和科學(xué)研究加速器”，超級計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用能夠帶動國家整體科技創(chuàng)新能力的增強(qiáng)。但是目前中國超級計(jì)算機(jī)普遍面臨硬件性能強(qiáng)大應(yīng)用領(lǐng)域匱乏的問題，科研機(jī)構(gòu)、高校和企業(yè)用戶目前存在超級計(jì)算機(jī)應(yīng)用成本過高、軟件開發(fā)滯后、設(shè)備利用率低等問題。面對中國超級計(jì)算機(jī)的應(yīng)用不足問題，我們看到了一些國內(nèi)服務(wù)器主導(dǎo)廠商的努力轉(zhuǎn)變，在2009年浪潮發(fā)布“倚天”桌面超級計(jì)算機(jī)，借助

3、CPU-GPU協(xié)同計(jì)算加速架構(gòu)，單機(jī)計(jì)算能力最高可達(dá)每秒4萬億次，真正實(shí)現(xiàn)了將超級計(jì)算機(jī)從龐大的機(jī)房和計(jì)算中心轉(zhuǎn)移到了用戶的桌面。2?正文超級計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)中功能最強(qiáng)、運(yùn)算速度最快、存儲容量最大的一類計(jì)算機(jī)，多用于國家高科技領(lǐng)域和尖端技術(shù)研究，是國家科技發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志。超級計(jì)算機(jī)常用于需要大量運(yùn)算的工作，譬如天氣預(yù)測、氣候研究、運(yùn)算化學(xué)、分子模型、物理模擬、密碼分析等等。1、天氣預(yù)報(bào)中短期天氣預(yù)報(bào)主要是根據(jù)氣象衛(wèi)星等觀測的大氣實(shí)況資料，通過求解描述天氣演變過程的動力學(xué)方程組實(shí)現(xiàn)的，這種大規(guī)

4、模的數(shù)值計(jì)算必須由超級計(jì)算機(jī)完成。例如，在2008年北京奧運(yùn)會舉辦時(shí)，北京市氣象局所購置的IBMSystemp575超級計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力是原有系統(tǒng)的10倍基于IBMSystemp575更高的計(jì)算性能，新的天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)可覆蓋4.4萬平方公里的區(qū)域，且能為每平方公里按小時(shí)提供天氣和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)等。2、地球模擬器日本海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的“地球模擬器”是一套用于地球大氣循環(huán)監(jiān)測和分析、溫室效應(yīng)預(yù)測、地殼及地震監(jiān)測和預(yù)報(bào)等大規(guī)模計(jì)算的向量處理超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。3、藥品研制開發(fā)一種新的藥品，通常需要從研制和試驗(yàn)的很多步

5、驟，一般需要大約15年的時(shí)間，而利用超級計(jì)算機(jī)則可以對藥物研制、治療效果和不良反應(yīng)等進(jìn)行模擬試驗(yàn)，從而將新藥的研發(fā)周期縮短3~5年且可顯著降低研發(fā)成本。例如，美國基因工程技術(shù)公司的研究團(tuán)隊(duì)曾將超級計(jì)算機(jī)應(yīng)用于一種致活酶類藥物的研發(fā)，在14個(gè)月之內(nèi)從50多萬個(gè)化學(xué)分子中篩選出兩個(gè)候選藥物進(jìn)行最終合成和臨床試驗(yàn)，整個(gè)過程中真正在實(shí)驗(yàn)室里合成的分子只有2000個(gè)，其余均用超級計(jì)算機(jī)模擬完成，僅此就節(jié)省了上百倍的時(shí)間和成本。4、石油勘探石油勘探大多采用地震勘測的辦法，即在地面進(jìn)行爆破后，用探測儀器檢測和采集震動

6、反射波的大量數(shù)據(jù)，利用對這些數(shù)據(jù)計(jì)算、處理和分析結(jié)果確定地下儲油位置。石油勘探中大量數(shù)值的快速計(jì)算、處理和分析，必需由高性能的超級計(jì)算機(jī)完成。例如,2007年曙光4000L超級計(jì)算機(jī)就曾在發(fā)現(xiàn)儲量高達(dá)10億噸的渤海灣冀東南堡油田的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而其后的曙光5000A超級計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，則進(jìn)一步達(dá)到了地下數(shù)千米的勘探深度。5、核爆炸模擬《全面禁止核試驗(yàn)條約》的簽訂之后，相關(guān)的一些國家開始轉(zhuǎn)向利用大規(guī)模數(shù)值計(jì)算的方法進(jìn)行核武器的模擬試驗(yàn)，以評測核武器的各項(xiàng)性能，這種應(yīng)用對計(jì)算性能有著很高的要求。例如，

7、美國勞倫斯利夫摩爾國家實(shí)驗(yàn)室就曾使用計(jì)算速度為360Tflops的IBM“藍(lán)色基因”(BlueGene/L)超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行過極為逼真的核彈爆炸三維模擬。此外，法國原子能委員會最近也訂購了一臺由布爾公司生產(chǎn)的、計(jì)算速度為10OOTflops的Tera?100超級計(jì)算機(jī)將接替目前的Tera-10超級計(jì)算機(jī)用于模擬核武器爆炸過程。很顯然，日常經(jīng)濟(jì)、科技、國防等領(lǐng)域存在一系列復(fù)雜、大型的問題，都建立了越來越精細(xì)的物理模型，都需要計(jì)算機(jī)求解。當(dāng)然還有一些更多的問題需要用到超級計(jì)算機(jī)，比如1、氣候預(yù)測：借助超級計(jì)算

8、機(jī)預(yù)測氣候變化，從而減輕氣候變化給人類帶來的破壞。2、交通業(yè)：超級計(jì)算機(jī)可用來認(rèn)識和改進(jìn)汽車、飛機(jī)或輪船等交通工具的空氣流體動力學(xué)、燃料消耗、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防撞性，并幫助提高乘坐者舒適度、減少噪音等，所有這些都具有潛在的經(jīng)濟(jì)和安全收益。3、生物信息學(xué)和計(jì)算生物學(xué)：生物學(xué)已經(jīng)顯示岀巨大的計(jì)算需求，超級計(jì)算機(jī)將幫助尋找疾病治療的革命性方法。4、社會健康與安全：比如，污染、災(zāi)難規(guī)劃以及針對本地和國家基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行的恐怖主義活動等。5、地震：對地震的模擬