高性能计算的应用领域

２４　福建电脑　２００７年第４期　高性能计算的研究及应用　吕士颖　（福州大学数学与计算机科学学院福建福州３５０００２）　【摘要】：近些年来高性能计算迅猛发展，高性能计算得到了越来越广泛地应用，高性能计算已经成为一个国家综合　实力的一个重要标志，我国在高性能硬件发面已经跻身国际先进水平，可是在高性能软件和应用方面和国际先进水平还有　很大差距，针对目前这种现状，我国应该采取系列措施加以应对。　【关键词】：高性能计算，发展现状，应用，建议　１．前言　高性能计算（Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）是计算机学科的　一个比较前沿的分支．它主要研究超级计算机的架构、研制，以　及并行算法和并行软件的开发应用．致力于开发高性能计算机，　拓展高性能计算的应用　随着社会信息化．数字化的不断深入发展，计算机已经飞人　寻常百姓家．社会中的人们无时不刻都可以体验到高性能计算　带来的便捷。高性能计算机已经走出了纯粹应用于科学计算领　域．越来越多的领域开始走上了高性能计算应用之路。高性能计　算大大推动了社会朝着信息化发展。　高性能计算主要包括两个方面。一个方面是在同一台机器，　用多个ＣＰＵ并行解决同一个问题，另外一方面是利用网络，多　台计算机协同处理。可以把一个大的问题分解成若干小的问题，　然后分摊到网络中的各台计算机并行处理。　２．高性能计算发展现状　在目前的世界超级计算机排行榜上．位列榜首的是美国国　家核安全局的蓝色基因Ｂ１ｕｅ　Ｇｅｎｅ／Ｌ．运算能力每秒２８０．６万亿　次　在我国２００５年”中国高性能计算机性能ＴＯＰ１００排行榜”中，　排在第一位的是国家气象局引进的ＩＢＭ超级计算机．其峰值运　算速度突破了每秒２１万亿次　落户上海超算中心的国产曙光　４０００Ａ．排名第二，曙光４０００Ａ以峰值运算速度每秒１０万亿次　跃居世界高性能计算机ＴＯＰ５００前十名．标志着中国在高性能　计算方面已经达到世界先进水平，成为继美国、日本之后全世界　高性能计算”第三大力量”。２００５年我国高性能计算分布到社会　各行各业，包括科研机构，银行，金融保险，电信，能源，政府，工　业和教育等诸多领域　２ｏ０５年中国计算机学会高性能计算专业委员会ｆ简称高专　委１在上海成立。高专委的成立有着重要的现实背景和战略意　义．表明我们国家已经高度重视高性能计算战略重要性．也大大　地方便了广大高性能计算研究专家、学者、企业、等一些科研人　员在高性能计算、并行算法和软件等领域研究的互相交流。　虽然我国在高性能计算研究方面取得了巨大成就．逐渐的　走上了商业应用领域．但是同时我们也应该清楚地认识到我国　在高性能计算和美国、日本仍然存在巨大差距　在硬件方面，我　国高性能计算机计算峰值与美国最先进高性能计算机还相差一　个数量级。且不说硬件方面，在软件方面，我国要落后美国２０　年．国内在并行软件研究方面还非常欠缺．导致了我国在高性能　应用方面还不够深入，水平低下，这些将影响到高性能计算的长　远发展。　３．高性能计算机的应用　高性能计算是一个国家综合实力的体现．它对国家战略发　展兴衰成败起着重要的影响作用．一个国家科学技术的发展越　来越依赖于高性能计算机。目前航空、航天、汽车、核模拟实验、　军事情报搜集处理、天气预报等等都离不开高性能计算。　高性能计算最早主要应用在科学计算．如今已经开始走上　商业应用之路。在商业上．高性能计算也越来越受到重视，工业　领域所占的应用比例逐年提高．２００５年ｌ１月．发达国家工业用　户使用的高性能计算机已占到５３．２％。跨国公司，世界级大企业　越来越多地利用高性能计算所带来的好处，并且在竞争中表现　出越来越大的优势　在国内。一些重要的行业和领域对计算速度　的要求越来越高．一些企业也开始走上了高性能计算应用之路。　２００５年具有峰值运算能力１０万亿次曙光４０００Ａ落户上海　超算中心。目前。上海超级计算中心对一些重要的科学领域研究　起着重大的作用．同时超级计算中心也服务于上海地区经济的　发展．它正在建设主要面向汽车、飞机和船舶设计的综合服务平　台　超级计算中心在全国各地得到了蓬勃发展，北京，上海，西　安．合肥等等都成立了超级计算研究中心。　福建作为海峡西岸的一个重要经济区．这些年发展速度非　常迅速．但是高性能计算的研究和应用还比较薄弱，为了促进海　峡西岸经济区的长远发展．有必要开展高性能计算的研究。福建　具有漫长的海岸线．有着丰富的海洋资源，海洋是未来开发的宝　地．但是对海洋开发和利用需要对大量数据进行处理，这些都离　不开高性能计算机的参与。另外福建因为位于沿海地区，每年都　要遭受台风侵袭，能不能更加准确，更加及时地预报台风，分析　台风规律，形成对抗台风对策，这些都需要高性能计算机来分析　处理。　４．高性能计算研究若干建议　４．１发展软件业．增强软实力　我国在高性能计算机方面已经成为继美国、日本之后的第　三大高性能计算的国家。可以说在硬件在我们已经接近国际或　者跟国际同步。但是我们的软件方面落后美国等发达国家二十　年。现在的问题是机器我们有了，可是怎么好好地使用却是一个　更大的难题。高性能计算机专家说，研究出高性能计算机只占到　完成总工作量的１／３．另外２／３的工作在于应用。目前我国很多　行业的并行软件还非常欠缺．不具备通用型。很多关键领域的并　行软件都受制于人．在这种形式下严重地影响了高性能计算机　的推广和利用　高性能计算是推动科技创新、经济发展、社会进　步、国防安全的重要工具，在国家战略中占有特殊地位。在自主　创新呼声渐高的大环境下．推动我国软件行业的发展，特别是高　性能计算并行软件研究早已势在必行。　４．２产学研一起抓．缺一不可　目前我国对于高性能计算研究还处于高端科学研究阶段，　缺乏企业参与．在高等教育方面，对于高性能计算研究还非常欠　缺　形成对比的是．在美国高性能计算的研究与大企业结合非常　紧密．美国重大的高性能研究除了高校的参与，更重要的是得到　了一些大企业的支持。针对这种情况，为了提升我国高性能计算　战略发展，国家应该重视高性能计算研究，促进科研机构和大型　企业进行合作．并且应该扶持本国大型企业参与高性能计算研　究．另外一方面高校应该充当高性能计算研究中坚力量，同时政　府机构应该加大对学校科研机构的投入，构建良好的高性能研　究环境。　４．３普及应用是关键　诚然．我国在高性能计算硬件方面已经跃居世界前列，与之　形成鲜明对比的是．我国在高性能计算应用领域（下转第２６页）

浅析高性能计算应用的需求与发展

【摘要】本文阐述了高性能计算的概念，中国高性能计算的现状和发展趋势，随后，本文进一步分析了国内高性能计算应用的需求，针对目前高性能计算的应用，本文最后分析了高性能计算应用需求的展望。

【关键词】高性能计算；应用；需求；发展

一、前言

高性能计算的应用为国内的科技发展做出了诸多的贡献，因此，国内也在致力于拓展高性能计算的应用范围，从而希望进一步的促进高性能计算的发展，为我国的科学技术的不断发展提供技术支持。

二、高性能计算概述

高性能计算(HPC) 指通常使用很多处理器（作为单个机器的一部分）或者某一集群中组织的几台计算机（作为单个计 算资源操作）的计算系统和环境。有许多类型的HPC 系统，其范围从标准计算机的大型集群，到高度专用的硬件。大多数基于集群的HPC系统使用高性能网络互连，比如那些来自 InfiniBand 或

Myrinet 的网络互连。基本的网络拓扑和组织可以使用一个简单的总线拓扑，在性能很高的环境中，网状网络系统在主机之间提供较短的潜伏期，所以可改善总体网络性能和传输速率。

三、中国高性能计算的现状与发展

20 世纪 90 年代以来，随着”神威”、”银河”、”曙光”、”深腾”等一批知名产品的出现，我国成为继美国、日本之后的第三个具备高性能计算机系统研制能力的国家，被誉为世界未来高性能计算市场的”第三股力量”。我国在高性能计算机研制方面取得了较好的成绩，掌握了研制高性能计算机的一些关键技术，参与研制的单位也由科研院发展到企业界，有力地推动了高性能计算的发展。目前，我国的高性能计算环境已得到重大改善，总计算能力与发达国家的差距逐步缩小。我国的高性能计算技术拓宽了我国科学技术研究的深度和广度，提高了我国工业的生产效率，同时也节约了很多生产成本。我国的高性能计算技术目前主要在石油行业、天气预报、核能模拟、生物工程等领域得到了广泛的应用。

但是中国高性能计算的应用还不够广、不够深入，应用水平和应用效率都比较低下。我国对高性能计算应用的投入还远远不够，应用研发力量薄弱且分散，缺乏跨学科的综合型人才，从事高端应用软件研发的单位很少，企业界基本未介入，没有良好的相互交流的组织渠道等。高性能应用软件的开发和高效并行算法研究尚不能与高端计算机发展同步，在一定程度上存在为计算机”配”软件的思想。我国高性能计算应用的研究与发明明显滞后于高性能计算机的发展。国外品牌还占领着很多关乎国计民生的关键领域和行业，国产高性能服务器的市场份额仍然偏低。

• 10 • Chinese Journal of Library and Information Science for Traditional Chinese Medicine Dec. 2016 Vol. 40 No. 6

【引文格式】刘红,杨策,邢雁辉,等.高性能计算在中医药领域的应用探讨[J].中国中医药图书情报杂志,2016,40(6):10-12.

DOI: 10.3969/j.issn.2095-5707.2016.06.003

·中医药信息研究·

高性能计算在中医药领域的应用探讨

刘红，杨策，邢雁辉，张竹绿，崔蒙*

中国中医科学院中医药信息研究所，北京 100700

摘要：高性能计算作为崭新和重要的科研工具，目前已经在众多的领域得到了成功应用。在中医药

领域的应用目前还处于探索阶段，未来有可能在中药植物药的基因组学、中药新药的虚拟药物筛选、中

医药数据挖掘和大数据分析、模拟与仿真等领域开展具有创新性的高性能计算的应用研究。

关键词：高性能计算；应用；中医药

中图分类号：R-3 文献标识码：A 文章编号：2095-5707(2016)06-0010-03

Discussion on the Application of High Performance Computing in TCM Field

LIU Hong, YANG Ce, XING Yan-hui, ZHANG Zhu-lv, CUI Meng*

(Institute of Information on Traditional Chinese Medicine, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing

100700, China)

Abstract: High performance computing (HPC), as a new and important research tool, has been applied in

高性能计算、金融领域应用和低延时交易的FPGA

解决方案

面向高性能计算、金融领域应用和低延时交易的FPGA解决方案

作为大规模FPGA开发平台行业的领导者Dini Group在近日推出了一款

面向定制网络应用，例如TOE（TCP/IP Offload）和线速算法交易应用的解决

方案——DNPCIE_400G_VU_LL，该平台基于强大的Xilinx UltraScale+架构FPGA，容量高达2000万ASIC门。

DNPCIE_400G_VU_LL系统框图

高速、低延时的存储器是算法加速应用的关键资源

DNPCIE_400G_VU_LL平台是全高半长的PCIe板，搭载一颗Xilinx

UltraScale+系列FPGA，同时具有5个bank的DDR4内存和1个bank的

QDRII+存储。

高速、低延时的存储器是算法加速应用的关键资源，Xilinx UltraScale+系

列FPGA通过增加UltraRAM blocks资源来拓展内部存储容量。