下载文档原格式
国内超算发展现状及未来趋势分析近年来，中国在超级计算机领域取得了巨大的进步，成为全球超算领域的重要参与者和领导者。
本文将对国内超算的发展现状进行分析，并展望未来的趋势。
一、国内超算发展现状1.巨大的超算产业规模：中国拥有世界上最多的超级计算机，数量占全球超算总数的40%以上。
中国超算产业规模庞大，包括超级计算机研发、制造、应用和运营等方面。
2.领先的超算技术实力：中国的超算技术实力位居全球前列，特别是在处理核心芯片、高速互连、操作系统和应用软件等方面取得了重要突破。
目前，中国自主研发的超级计算机已经跻身世界超算500强榜单的前列。
3.广泛的超算应用领域：中国的超级计算机广泛应用于气象、地震、大气污染预测、材料科学、生物医学、能源研究等领域。
超级计算机在科学研究、工程设计、决策支持等方面发挥着不可替代的作用。
4.强大的超算人才队伍：中国拥有一支庞大而强大的超算人才队伍，包括计算机科学家、工程师、应用专家等。
这些人才为超算领域的创新和科技进步提供了坚实的支持。
二、未来趋势分析1.智能化与超算的结合：未来，中国超算发展将与人工智能、大数据等前沿技术相结合。
超级计算机将通过深度学习和机器学习等算法，为各行各业提供更精确、高效的解决方案，推动产业升级和科技创新。
2.持续提升超算性能：随着技术的不断进步和创新，超级计算机的计算性能将不断提升。
未来数年内，中国将继续研发更高性能的超级计算机，以满足科学研究和工程计算的不断增长需求。
3.突破制约因素：尽管中国在超算领域取得了重要突破，但仍面临一些制约因素，如核心芯片、操作系统等领域的瓶颈。
未来，中国将继续加大研发投入，加强自主创新，突破这些制约因素，提升超算产业的核心竞争力。
4.国际合作与交流：超算领域需要全球各国合作，共同推动超算技术的发展和创新。
中国将积极加强与国际超算研究机构的合作与交流，共享资源和经验，推动超算领域的全球合作。
5.超算产业化与应用拓展：未来，中国超算产业将进一步向产业化和市场化方向发展，实现超级计算机的大规模应用和商业化运营。
计算机技术的发展现状及未来发展趋势计算机技术作为现代科技的重要代表，已经经历了飞速的发展，并在各个领域产生了深远的影响。
本文将探讨计算机技术的发展现状以及未来可能的发展趋势。
一、计算机技术的发展现状1.处理器技术：随着半导体技术的不断进步，处理器性能得到了极大的提升。
多核、多线程、超线程技术的发展使得计算机能够处理更为复杂、大量的任务。
另外，对于云计算和大数据处理的需求也推动了处理器技术的发展，如GPU（图形处理器）、TPU（张量处理器）等专用芯片的研发和应用。
2.操作系统：随着计算机技术的发展，操作系统在功能和性能上都有了显著的提升。
例如，Linux操作系统的普及和发展，使得更多的人能够接触和使用这一强大的开源平台。
同时，各种新型的操作系统也在不断涌现，如容器化技术Docker和Kubernetes等。
3.人工智能和机器学习：近年来，人工智能和机器学习技术的发展势头强劲。
深度学习、神经网络等技术的广泛应用推动了计算机在语音识别、图像识别、自然语言处理等方面的能力不断提升。
同时，人工智能也在医疗、金融、制造等领域发挥了重要作用。
4.云计算和大数据：云计算和大数据技术的发展对计算机技术产生了深远影响。
云计算使得计算资源可以按需分配，提高了资源利用率。
大数据技术则针对海量数据进行分析和处理，提取出有价值的信息。
例如，Google的TensorFlow就是一个用于机器学习和人工智能的开源框架，它充分利用了云计算和大数据的优势。
5.物联网：物联网技术的发展使得计算机与各种设备、传感器之间建立了连接，实现了远程控制和监测。
例如，智能家居、智能城市等应用都是基于物联网技术的。
二、计算机技术的未来发展趋势1.量子计算：量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，它有可能解决传统计算无法解决或非常困难的问题。
量子计算机的发展将给计算机技术带来革命性的变化，尤其在加密、化学模拟、优化等领域具有巨大的潜力。
2.边缘计算：随着物联网应用的普及，数据处理和分析将更多地转移到设备边缘，这就是边缘计算。
超级计算机技术：现状、挑战与未来
一、引言
随着科技的飞速发展，超级计算机已经成为现代社会不可或缺的一部分。
它们在科研、工业、军事等领域发挥着重要作用，为人类带来了前所未有的便利和进步。
本文将探讨超级计算机技术的现状、挑战以及未来发展趋势。
二、超级计算机技术现状
1.硬件技术
目前，超级计算机的硬件技术已经取得了长足的进步。
从早期的单处理器到现在的多处理器系统，再到分布式计算和云计算，超级计算机的硬件架构不断优化，性能不断提升。
同时，随着半导体技术的不断发展，处理器芯片的集成度越来越高，功耗越来越低，为超级计算机的性能提升提供了有力支持。
2.软件技术
超级计算机的软件技术也日益成熟。
操作系统、编程语言、并行计算框架等软件技术的发展为超级计算机的应用提供了便利。
例如，Linux操作系统的普及为超级计算机的稳定运行提供了保障；MPI、OpenMP等并行计算框架的广泛应用为超级计算机的并行计算提供了支持；深度学习框架如TensorFlow、PyTorch等的出现为超级计算机在人工智能领域的应用提供了可能。
三、超级计算机面临的挑战。
高性能计算挑战与机遇随着科技的快速发展，高性能计算越来越受到重视，成为各个领域研究和创新的重要工具和支撑。
高性能计算不仅能够加速科学研究和工程设计的过程，还可以提供更准确的数据分析和预测，对于推动社会进步和经济发展具有重要意义。
然而，高性能计算也面临着一系列的挑战和机遇。
本文将探讨高性能计算所面临的挑战，并展望其未来的发展机遇。
一、硬件挑战高性能计算所需的硬件设施是支撑其正常运行的基础。
然而，随着计算任务的增加和数据量的不断增长，传统计算设备面临着存储容量和计算能力的瓶颈。
这对高性能计算提出了更高的要求，需要更先进的硬件设备来满足其发展需求。
因此，如何提升计算速度、增加存储容量和改进能源效率成为了高性能计算面临的首要挑战。
目前，针对这些挑战，研究人员正在积极开发新一代高性能计算硬件。
例如，采用并行处理器和GPU的计算机集群可以大幅提高计算速度。
固态硬盘的应用也可以大幅提高存储容量和读写速度。
此外，研究人员正在探索新的能源解决方案，如利用可再生能源和高效能源管理系统等，以提高能源效率和减少能源消耗。
二、算法和软件挑战除了硬件挑战外，高性能计算还面临着算法和软件方面的挑战。
高性能计算需要快速、高效的算法来解决各种复杂的科学计算和数据分析问题。
然而，由于问题的规模和复杂性不断增加，传统算法往往无法满足高性能计算的需求。
因此，研究人员正在开发和改进新的算法和软件来应对这一挑战。
例如，分布式计算和并行计算技术可以将大规模计算任务分解为多个子任务并行处理，从而提高计算效率。
同时，机器学习和人工智能的应用也为高性能计算带来了新的算法和解决方案，提供更准确、更高效的数据分析和处理能力。
三、数据管理挑战高性能计算产生的大数据量也对数据管理提出了挑战。
数据的采集、存储、传输和处理需要高效的技术和策略，以确保数据的完整性、安全性和可用性。
同时，数据的分析和挖掘也需要高效的算法和工具来提取有用的信息。
为了解决这一挑战，研究人员正在探索新的数据管理技术和策略。
超级计算机的发展现状及未来趋势超级计算机是一种性能强大的计算机，它可以处理大量的数据和复杂的计算任务。
随着科学技术的不断发展，超级计算机也越来越成为科学研究和工业生产中不可或缺的一部分。
本文将介绍超级计算机的发展现状及未来趋势。
一、超级计算机发展现状自从20世纪初超级计算机问世以来，超级计算机的性能和规模有了飞跃式的增长。
最新的超级计算机已经超过了千万亿次运算能力，达到了一个前所未有的水平。
由于超级计算机具有高性能和高可靠性的特点，它们已被广泛应用于气象、航空航天、生命科学、材料科学等领域中。
超级计算机的发展，也推动了计算机的进化。
目前，各种先进的计算机体系结构被应用于超级计算机中，例如并行处理器、多核处理器和GPU加速器。
这些处理器可以高效地处理大规模数据和复杂计算任务，提高了超级计算机的性能和效率。
二、超级计算机未来趋势在未来，超级计算机的发展将有以下几个趋势：1. 性能将继续提高。
目前国际上各个研究机构正在争相研发新型超级计算机，以提高其性能和效率。
例如，美国“超算之星”号超级计算机拥有644000个处理器和1024TB内存，能够每秒钟执行1300万亿次的运算。
未来，随着技术的不断进步，超级计算机的性能还将有所提高。
2. 可靠性将继续提高。
由于超级计算机需要处理大量的数据和复杂计算任务，因此其可靠性非常重要。
在未来，超级计算机的制造商将进一步提高其可靠性，以确保超级计算机在长时间的使用中不会出现故障。
3. 能耗将进一步降低。
目前，超级计算机的能耗非常高，需要消耗大量的电力。
在未来，随着节能技术的不断发展，超级计算机的能耗有望进一步降低。
4. 应用广泛化。
随着计算机技术的不断发展，超级计算机的应用范围也将不断扩大。
未来，超级计算机将被广泛应用于天气预报、地震预测、生命科学、人工智能等领域，为人们的生活带来更多的便利。
综上所述，超级计算机具有非常重要的应用价值和发展前景，未来随着技术的不断进步，其性能和可靠性将会不断提高，应用领域也将会更加广泛。
计算机领域的发展现状与未来趋势分析计算机技术的发展一直以来都是全球科技领域的焦点。
凭借着其高效、快速和智能的功能，计算机在各行各业中都发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步，计算机领域也在不断发展和演变。
本文将从硬件技术、软件应用和人工智能三个方面对计算机领域的发展现状进行分析，并展望其未来的趋势。
一、硬件技术的发展现状计算机硬件的发展一直以来都在不断追求更快、更稳定和更高效的目标。
目前，计算机的主要发展方向在于提高处理器的速度和存储容量。
随着芯片制造工艺的进步，处理器性能得到了显著提升，而存储技术也不断创新，如固态硬盘的应用，使得数据读写速度大大增加。
此外，量子计算机和光子计算机的研究也在不断推进，有望改变传统计算机的架构和运算方式。
二、软件应用的发展现状随着云计算和大数据技术的迅速发展，软件应用在计算机领域中起到了越来越重要的作用。
各种云服务和软件平台的兴起，使得用户可以通过互联网随时随地使用各种应用程序，提高了工作效率和便利性。
人工智能技术在软件应用中的运用也越来越广泛，如机器学习、自然语言处理和计算机视觉等。
未来，软件应用将继续向着智能化、自动化和个性化的方向发展。
三、人工智能的发展现状人工智能是计算机领域中最引人注目的研究方向之一。
近年来，深度学习技术的突破使得人工智能在语音识别、图像识别和自动驾驶等领域取得了重大进展。
大量的数据和高性能的计算能力是人工智能发展的基础，而云计算和大数据技术的发展为人工智能技术的落地提供了有力的支持。
未来，人工智能将在医疗、金融、交通等领域实现更广泛的应用，同时也将面临着隐私保护和伦理道德等问题的挑战。
总结计算机领域的发展现状和未来趋势充满了无限的可能。
硬件技术的不断进步为计算机的性能提供了基础，而软件应用和人工智能的发展则使得计算机能够更加智能化和个性化。
随着科技的不断进步，未来计算机将继续在各行各业中发挥越来越重要的作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
高性能计算行业分析报告及未来五至十年行业发展报告目录申明 (5)一、2023-2028年高性能计算企业市场突破具体策略 (5)(一)、密切关注竞争对手的策略，提高高性能计算产品在行业内的竞争力 (5)(二)、使用高性能计算行业市场渗透策略，不断开发新客户 (6)(三)、实施高性能计算行业市场发展战略，不断开拓各类市场创新源 (6)(四)、不断提高产品质量，建立覆盖完善的服务体系 (6)(五)、实施线上线下融合，深化高性能计算行业国内外市场拓展 (7)(六)、在市场开发中结合渗透和其他策略 (7)二、高性能计算行业（2023-2028）发展趋势预测 (8)(一)、高性能计算行业当下面临的机会和挑战 (8)(二)、高性能计算行业经营理念快速转变的意义 (9)(三)、整合高性能计算行业的技术服务 (9)(四)、迅速转变高性能计算企业的增长动力 (10)三、高性能计算产业未来发展前景 (10)(一)、我国高性能计算行业市场规模前景预测 (11)(二)、高性能计算进入大规模推广应用阶 (11)(三)、中国高性能计算行业的市场增长点 (11)(四)、细分高性能计算产品将具有最大优势 (12)(五)、高性能计算行业与互联网等行业融合发展机遇 (12)(六)、高性能计算人才培养市场广阔，国际合作前景广阔 (13)(七)、高性能计算行业发展需要突破创新瓶颈 (14)四、高性能计算行业发展状况及市场分析 (15)(一)、中国高性能计算市场行业驱动因素分析 (15)(二)、高性能计算行业结构分析 (15)(三)、高性能计算行业各因素（PEST）分析 (16)1、政策因素 (16)2、经济因素 (17)3、社会因素 (18)4、技术因素 (18)(四)、高性能计算行业市场规模分析 (18)(五)、高性能计算行业特征分析 (19)(六)、高性能计算行业相关政策体系不健全 (19)五、2023-2028年高性能计算行业企业市场突围战略分析 (20)(一)、在高性能计算行业树立“战略突破”理念 (20)(二)、确定高性能计算行业市场定位、产品定位和品牌定位 (21)1、市场定位 (21)2、产品定位 (21)3、品牌定位 (23)(三)、创新寻求突破 (24)1、基于消费升级的科技创新模式 (24)2、创新推动高性能计算行业更高质量发展 (24)3、尝试业态创新和品牌创新 (25)4、自主创新+品牌 (26)(四)、制定宣传计划 (27)1、策略一：学会做新闻、事件营销——低成本的传播工具 (27)2、策略二：学会以优秀的品牌视觉设计突出品牌特色 (28)3、策略三：学会使用网络营销 (28)六、高性能计算产业发展前景 (29)(一)、中国高性能计算行业市场规模前景预估 (29)(二)、高性能计算进入大面积推广应用阶段 (29)(三)、中国高性能计算行业市场增长点 (30)(四)、高性能计算行业细分化产品将会最具优势 (30)(五)、高性能计算产业与互联网相关产业融合发展机遇 (31)(六)、高性能计算国际合作前景广阔、人才培养市场大 (32)(七)、巨头合纵连横,行业集中趋势将更加显著 (33)(八)、建设上升空间较大,需不断注入活力 (33)(九)、高性能计算行业发展需突破创新瓶颈 (33)七、高性能计算行业竞争分析 (34)(一)、高性能计算行业国内外对比分析 (34)(二)、中国高性能计算行业品牌竞争格局分析 (35)(三)、中国高性能计算行业竞争强度分析 (36)1、中国高性能计算行业现有企业的竞争 (36)2、中国高性能计算行业上游议价能力分析 (36)3、中国高性能计算行业下游议价能力分析 (36)4、中国高性能计算行业新进入者威胁分析 (37)5、中国高性能计算行业替代品威胁分析 (37)八、高性能计算行业企业差异化突破战略 (37)(一)、高性能计算行业产品差异化获取“商机” (37)(二)、高性能计算行业市场分化赢得“商机” (38)(三)、以高性能计算行业服务差异化“抓住”商机 (38)(四)、用高性能计算行业客户差异化“抓住”商机 (39)(五)、以高性能计算行业渠道差异化“争取”商机 (39)九、高性能计算行业多元化趋势 (40)(一)、宏观机制升级 (40)(二)、服务模式多元化 (40)(三)、新的价格战将不可避免 (40)(四)、社会化特征增强 (41)(五)、信息化实施力度加大 (41)(六)、生态化建设进一步开放 (41)1、内生发展闭环,对外输出价值 (41)2、开放平台,共建生态 (42)(七)、呈现集群化分布 (42)(八)、各信息化厂商推动高性能计算发展 (43)(九)、政府采购政策加码 (43)(十)、个性化定制受宠 (44)(十一)、品牌不断强化 (44)(十二)、互联网已经成为标配“风生水起“ (44)(十三)、一体式服务为发展趋势 (45)(十四)、政策手段的奖惩力度加大 (45)十、高性能计算成功突围策略 (46)(一)、寻找高性能计算行业准差异化消费者兴趣诉求点 (46)(二)、高性能计算行业精准定位与无声消费教育 (46)(三)、从高性能计算行业硬文广告传播到深度合作 (46)(四)、公益营销竞争激烈 (47)(五)、电子商务提升高性能计算行业广告效果 (47)(六)、高性能计算行业渠道以多种形式传播 (47)(七)、强调市场细分，深耕高性能计算产业 (48)申明中国的高性能计算业在当前复杂的商业环境下逐步发展，呈现出一个积极整合资源以提高粘连性的耐寒时代。
高性能计算机的发展历程与趋势计算机，是人类智慧的结晶，也是人类最伟大的发明之一。
它的诞生和发展，不仅完善了人类各领域的工作，也提供了更为快捷的娱乐和交流方式。
而高性能计算机则更是在信息科学领域中发挥了越来越重要的作用。
随着科技的不断进步，高性能计算机的发展历程也异常丰富多彩。
一、高性能计算机的概念高性能计算机（High Performance Computer，HPC）是指达到超级计算能力的计算机系统。
这种计算机通过使用大规模的并行处理算法，从而在科学、工业、多媒体等领域中得到了广泛的应用。
高性能计算机以其高效的性能，可以进行海量数据的处理和分析，有效地支持科研和生产业的发展。
二、高性能计算机的发展历程高性能计算机的发展是一个漫长的过程，从最初的单机系统，逐渐演化出了多计算核心和超高速互连网络，并逐步实现了对科学、工程等领域的支持。
下面，我们将介绍高性能计算机从诞生到今天的过程。
1、第一代高性能计算机高性能计算机的第一代诞生于20世纪60年代，这些计算机只能进行简单的计算，并且速度还十分缓慢。
此时，推出了IBM7090和CDC6600这两个大型高级机型号，其计算速度相对普通计算机可快上数十倍，成为国际上的高科技研究领域重要工具。
2、第二代高性能计算机随着计算机技术日趋成熟，高性能计算机的第二代在20世纪70年代开始诞生。
此时，科学家和工程师们开始探索多处理器技术和向量处理器技术，大大加快了计算速度。
1976年，CRAY-1的诞生代表了第二代超级计算机的顶峰，其计算速度已经达到了每秒80亿次操作。
3、第三代高性能计算机高性能计算机的第三代是指发展于80年代初至90年代的计算机系统。
受芯片技术的进步和并行技术的应用等因素的推动，高性能计算机可以在更高的并行级别上运行，计算能力大大提高。
这一时期主要出现了如下几种系统：全世界首个高性能平行处理器机组SGI IRIS Crimson 5/440、全球最快超级计算机CRAY2、超级计算机CRAY Y-MP。
高性能计算发展趋势随着科技的不断进步和信息技术的飞速发展，高性能计算成为了各个行业中不可或缺的一部分。
高性能计算的主要目标是通过利用并行处理和超级计算机等技术，处理大规模和复杂的计算问题。
在未来的发展中，高性能计算将继续呈现以下几个趋势。
一、更大规模的并行计算随着科学研究和商业应用中对计算能力需求的不断增长，高性能计算将朝着更大规模的并行计算方向发展。
传统的单机计算已经无法满足对计算能力的需求，而通过分布式计算和超级计算机等技术，可以将计算任务分解成许多小任务并行执行，从而大大提高计算效率。
二、异构计算的融合异构计算是指在一个计算系统中使用不同架构或类型的处理器进行计算。
例如，将传统的中央处理器（CPU）与图形处理器（GPU）相结合，可以在处理器的计算能力和能效之间达到更好的平衡。
未来的高性能计算系统将更多地采用异构计算的架构，以提高计算性能和能源效率。
三、更快的数据传输速度高性能计算不仅需要强大的计算能力，还需要高速的数据传输能力。
在未来，随着数据量的不断增加，高性能计算系统将探索更快速和更高带宽的数据传输技术，例如光纤通信和高速网络等，以满足对数据传输速度的要求。
四、云计算与高性能计算的融合云计算是指通过互联网将计算和存储资源提供给用户的一种模式。
在未来，高性能计算与云计算将进一步融合，提供更灵活、可扩展和可定制的计算服务。
用户可以根据自身需求动态调整计算资源的规模，从而更好地满足计算任务的需求。
五、人工智能和高性能计算的结合人工智能技术的快速发展对计算能力提出了更高的要求。
高性能计算在人工智能领域有着广泛的应用，例如深度学习和大规模数据处理等。
未来，人工智能和高性能计算将更加紧密地结合在一起，为各行各业带来更多的创新和发展机遇。
六、高性能计算的能源效率提升随着能源紧缺和环境问题的日益突出，高性能计算系统将更加注重能源的有效利用。
未来的高性能计算系统将采用更加节能和环保的设计和技术，提高计算性能的同时减少能源消耗，实现能源效率的提升。
高性能计算机技术的进展与发展前景近年来，随着高性能计算机技术的不断进步，计算机的算力呈现出井喷式的增长，应用领域也日渐广泛，为各行各业的信息处理和分析带来了巨大的便利。
本文将从几个方面探讨高性能计算机技术的进展与发展前景。
一、超级计算机的发展超级计算机是高性能计算机技术的代表，它具有超强的计算和存储能力，能够快速处理大数据问题，是科学计算、金融和天气预报等领域的核心工具。
随着芯片制造技术的不断进步和算法优化的不断提高，超级计算机的运算速度、存储容量和功耗等性能指标不断刷新着世界纪录。
例如中国在2019年推出的“天河三号”超级计算机，其峰值性能超过1.2亿亿次每秒（即1.2exaFLOPS），位列全球“TOP500”排行榜第一名。
未来，超级计算机技术将继续发展，目标是构建更快、更可靠、更节能的高性能计算平台。
这将需要在算法、芯片、存储、网络和操作系统等各个方面进行深入研究和创新，以提升超级计算机的整体性能。
二、人工智能计算的突破随着大数据和机器学习技术的快速发展，人工智能逐渐成为各行各业信息处理和分析的关键技术。
人工智能计算需要处理海量的数据和复杂的算法，因此对高性能计算机的要求极高。
为了满足人工智能计算的需求，各大厂商推出了一系列具有高性能计算能力的人工智能计算平台。
例如，英伟达的GPU深度学习平台可以将图像和语音等数据实时处理成数字信号，并进行分类和识别。
又如，谷歌的TPU加速器可以实现对大规模深度神经网络的高速训练和推断。
未来，随着人工智能计算的逐渐成熟和应用的深入，高性能计算机技术也将继续发挥不可替代的作用，为人工智能的发展提供强有力的支撑。
三、量子计算的崛起量子计算技术是一种基于量子力学原理的计算方法，它的运算速度和数据处理能力远超传统计算机。
量子计算机具有处理量子态数据和优化量子算法的能力，对于各种科学计算和大数据处理等领域都有很大的应用前景。
目前，世界各大科技企业都在积极研究和开发量子计算机。
高性能计算的现状与发展高性能计算中心需求特点与发展趋势目录1.1 高性能计算的现状与发展 (3)1.1.1 高性能计算概述 (3)1.1.2 高性能计算的应用需求 (3)1.1.3 国外高性能计算发展现状 (4)1.1.4 国内高性能计算发展现状 (5)1.1.5 高性能计算机关键技术发展现状 (7)1.2 高性能计算中心需求特点与发展趋势 (13)1.2.1 需求特点 (13)1.2.2 技术发展趋势 (14)21.1高性能计算的现状与发展1.1.1高性能计算概述高性能计算（High Performance Computing，简称HPC）是计算机科学的一个分支，研究并行算法和开发相关软件，致力于开发高性能计算机（High Performance Computer），满足科学计算、工程计算、海量数据处理等需要。
自从1946年设计用于导弹弹道计算的世界上第一台现代计算机诞生开始，计算技术应用领域不断扩大，各应用领域对计算机的处理能力需求越来越高，这也促使了高性能计算机和高性能计算技术不断向前发展。
随着信息化社会的飞速发展，人类对信息处理能力的要求越来越高，不仅石油勘探、气象预报、航天国防、科学研究等需求高性能计算机，而金融、政府信息化、教育、企业、网络游戏等更广泛的领域对高性能计算的需求也迅猛增长。
1.1.2高性能计算的应用需求应用需求是高性能计算技术发展的根本动力。
传统的高性能计算应用领域包括：量子化学、分子模拟、气象预报、天气研究、油气勘探、流体力学、结构力学、核反应等。
随着经济发展和社会进步，科学研究、经济建设、国防安全等领域对高性能计算设施及环境提出了越来越高的需求，不仅高性能计算的应用需求急剧增大，而且应用范围从传统领域不断扩大到资源环境、航空航天、新材料、新能源、医疗卫生、金融、文化产业等经济和社会发展的众多领域。
当前，世界和中国面临诸多重大挑战性问题。
比如，全球气候出现快速增温的事实使“应对气候变化”成为各国政治、经济和社会发展的重大课题，为了进一步消减“温室效应”和减少碳排放，实现可持续发展的低碳经济，新材料的发现、设计与应用迫在眉睫；随着化石能源的日益枯竭和环境的日趋恶化，新能源的开发势在必行；随着科技的发展，人类迈向太空的脚步逐渐加快，空间资源的争夺和战略性部署竟然愈发激烈，航空航天领域作为此项重大科研技术活动的基础支撑，投入将持续扩大；为了攻克重大疾病、进一步提高人口健康质量，生命科学与新药制造已成为技术发展和经济投入的重要增长点；在国际竞争的大环境下，基础科研实力是高新技术发展的重要源泉，是未来科学和技术发展的内在动力，也是实现国34 家经济、社会和环境可持续性发展的重要途径，基础科学研究的投入也将持续增长。
解决上述关系国家战略和国计民生的重大挑战性问题都离不开高性能计算的强力支撑，可以预见在战略层面，各国对高性能计算的投入会持续增长，而中国将更加发力；在技术层面上，高性能计算的应用范围将越来越广，发过来应用需求也将催生高性能计算新技术的诞生与发展。
图2-1全球HPC TOP500统计数据显示高性能计算能力呈指数型增长1.1.3 国外高性能计算发展现状高性能计算作为国家实力的重要体现，是一个国家最尖端的信息技术综合体。
发达国家政府（美日欧）普遍将高性能计算作为国家战略，给予高度重视并进行持续投入。
美国是世界上最重视高性能计算、投入最多、受益最大的国家。
近数十年来，美国政府持续实施了SCP （战略计算机计划）、HPCC （高性能计算和通信）、ASCI （加速战略计算）、ASC （先进模拟和计算）、HPCS （高生产率计算机）等多个国家计划，从而确保了美国在高性能计算领域长期处于领先地位。
2011年6月统计的全球性能最高的500台高性能计算机有255台安装在美国，其中性能最高的10台计算机中有5台部署于美国。
美国在高性能计算领域的领先优势十分明显，为美国在科技创新和经济发展方面处于世界领先地位做出了重大贡献。
当前，美国政府仍在继续加强其在高性能计算领域的研发投入。
正在实施的UHPC（普适高性能计算）计划，目标是研究革命性的设计方法来满足不断增长的国防应用对高性能计算的需求，包括开发超高并发性的高性能计算机、有效提升系统能效比、简化并行应用设计方法和提升应用的容错能力等，为实现百亿亿次（ExaFlops）计算奠定基础。
日本一直以来位列高性能计算大国，与美国类似，日本政府非常重视高性能计算技术，不断加强其在高性能计算领域的研发投入。
早在1990年，日本NEC公司研制的SX-3/44R 系统就成为当时全球速度最快的高性能计算机。
之后的1993年，Fujitsu公司开发的“数值风洞”系统，以及2004年NEC的“地球模拟器”再次位列全球第一。
在2011年6月统计的全球TOP 500高性能计算机中，日本占据26席，其中Fujitsu公司研制的“K计算机”位列世界第一，“K计算机”将落户日本理化学研究所（RIKEN），服务于物理、化学、生物、医学、材料、能源等领域科学研究。
此外，日本正在进行的高性能计算技术研究还包括国家研究网格计划（NAREGI），建造基于超高速网络的高性能、可扩展的计算网格，作为未来日本科学技术研究的计算基础设施。
欧洲也一直是高性能计算的活跃区域。
2002年，7个欧洲国家的11个高性能计算中心就联合发起DEISA项目，旨在建立泛欧洲的高性能计算基础设施。
在2011年6月统计的全球TOP 500高性能计算机中，欧洲占据了25.2%的席位。
面向百亿亿次（ExaFlops）计算需求，欧洲提出了EESI和MareIncognito超算计划，主要从并行编程模型和和应用算法方面突破百亿亿次级计算的关键技术，包括编程模型、负载均衡技术、微处理器/结点技术、性能分析工具、互连技术和高性能应用等。
1.1.4国内高性能计算发展现状“九五”以来，在国家及相关政府的持续支持和IT企业的积极参与下，我国高性能计算机有了长足的发展，研制队伍不断发展和壮大，主要的研制单位有：国家并行计算机工程技术研究中心、中科院计算技术研究所国家智能中心、国防科技大学计算机学院、曙光公司等，是数十年积聚起来的我国高性能计算机技术研发的中坚力量。
“十一五”期间，在国家863计划“高效能计算机及网格服务环境”重大项目的支持下，我国先后研制成功若干台百万亿次和千万亿次高性能计算机系统。
2008年，曙光公司研制成功“曙光5000”百万亿次计算机；2009年，国防科技大学研制成功“天河一号”千万亿次计算机，使我国成为继美国之后世界上第二个研制成功千万亿次计算机的国家；2008年，曙光公司研制的“曙光5000”百万亿次高性能计算机位列全球TOP500第十，亚洲第一；52010年，曙光公司研制成功“星云”千万亿次计算机，性能列世界TOP500第二位；而升级后的“天河-1A”系统创造了中国高性能计算机全球排名第一的最好成绩。
中国高性能计算机在全球TOP500中的份额也在逐年增大，已经成为仅次于美国的高性能计算大国。
图2-2 TOP500系统国家分布历史统计我国在高性能计算机系统相关的基础性支撑技术方面也有了很大进步。
在处理器方面，国内自主研制的“龙芯”、“神威”、“飞腾”等系列的多核处理器方面已有所突破，相关的生态环境正在逐步完善；在异构协同与并行优化方面，国内在CPU/GPU混合结构的应用研究，比如生命科学领域的基因比对、分子动力学、电镜数据处理石油勘探领域的电子断层三维重构、叠前时间偏移等方面均取得突破。
在系统软件及环境方面，国内在大规模异构系统的管理和监控、大规模系统的快速部署以及高效系统虚拟化等关键技术上也取得了很大进展。
“十一五”期间，在国家863计划“高效能计算机及网格服务环境”重大项目的支持下，成功开发具有自主知识产权的中国国家网格软件GOS（Grid Operating System），突破了广域资源共享和协同工作的关键技术，其功能和性能已达到并超越国际同类软件水平。
此外，863计划还先后重点支持了化学、天文、气象、生物医药、流体、激光聚变、大飞机、石油勘探地震成像等领域的高性能计算应用，形成了若干可利用上千以上的处理器核进行计算模拟的应用实例。
61.1.5高性能计算机关键技术发展现状1.1.5.1体系架构作为高性能计算基础设施的核心，现代高性能计算机的发展从20世纪70年代的向量计算机开始，也已经有了几十年的发展历程。
先后出现了向量机、多处理器并行向量机、MPP 大规模并行处理机、SMP对称多处理机、DSM分布式共享存储计算机、Constellation星群系统、Cluster集群系统、混和系统等多种主体的体系架构，并分别在不同的时期占据着应用的主流。
其中，计算机集群（简称集群、Cluster）是一种计算机系统，它通过一组松散集成的计算机软件和/或硬件连接起来高度紧密地协作完成计算工作。
在某种意义上，他们可以被看作是一台计算机。
集群系统中的单个计算机通常称为节点，通过内部网络连接。
高性能计算集群采用将计算任务分配到集群的不同计算节点而提高计算能力。
比较流行的高性能计算集群采用Linux操作系统和其它一些标准软件来完成并行运算，这一集群配置通常被称为Beowulf集群。
这类集群通常运行特定的程序以发挥高性能计算集群的并行能力，这类程序一般使用特定的运行库，比如MPI等。
相比于MPP等一些专有高性能计算系统，集群系统具有明显的优势，包括：●集群的标准化程度高高性能计算集群一般都是采用工业标准的硬件和软件系统，比如采用标准的x86架构处理器；工业标准的互联网络，比如InfiniBand、万兆网络等；通用的Linux操作系统；通用的并行编程标准和模型；通用的作业分发调度系统等。
●灵活性、可扩展性好集群是一个松散的架构，由计算节点通过互联网络连接而成，一个集群可以方便地进行扩展；同样的，一个集群也可以灵活的进行物理或逻辑上的拆分。
MPP等一些专有定制系统就很难做到这样的灵活可扩展性。
●性能高集群单个计算节点性能在不断提升、集群互联网络技术发展迅猛、集群可扩展性也越来78 越好、集群的并行编程技术不断进步，集群已经成为高性能计算的代名词。
● 性价比高由于集群采用的是标准化的软硬件系统，采用的是大规模工业生产的设备部件，可以极大程度降低高性能计算系统的建设成本，相应的，集群的运维和维护成本也要小很多。
● 投资风险小集群技术经过多年的发展，其硬件和软件技术已经发展得非常成熟，建设和维护需要的设备器件有充足的市场保障；绝大部分高性能计算应用在集群架构上开发和调试，应用支持程度高，可以确保高性能计算平台的建设成功。
正是因为具有的这些优势，集群在高性能计算领域发展迅猛，目前已经成为高性能计算的主流机构，在TOP500中占据了80%的市场份额，在中小规模高性能计算系统中更是占统治地位。
