下载文档原格式
天河二号超级计算机系统结构与算法优化研究天河二号超级计算机是中国目前最为先进且高效的计算机系统之一，在国内外科学研究、工业制造、金融等领域都拥有广泛的应用。
其性能指标和并行处理能力在全球范围内处于领先地位，成为中国在高性能计算领域的重要代表。
本文将分析天河二号超级计算机的系统结构以及算法优化问题，探讨其在未来的发展和应用前景。
一、天河二号超级计算机系统结构天河二号超级计算机由国防科技大学和中国国家超级计算无锡中心联合设计研发，于2013年6月投入使用，是目前世界上运行最快的超级计算机之一。
其系统结构主要包括处理器、内存、通信、存储、操作系统等方面。
其中，处理器是天河二号的核心部件，采用的是国产飞腾处理器以及英特尔酷睿E7处理器组成的混合架构。
与此同时，天河二号超级计算机还引入了GPU加速器，其运算速度相当于1000多颗普通CPU的集合。
这种混合架构的设计理念，让天河二号在并行计算上有更强的能力和效率，提高了其整体的性能指标。
与此相伴随的是内存和存储系统的改进。
天河二号的内存总容量高达1.4PB，远超任何一个基于x86架构的超级计算机。
而存储的设计则采用了分级存储方案，把高速闪存与传统机械硬盘相结合，从而提高了整个系统的存储速度和容量。
此外，天河二号还采用了自主研发的龙芯操作系统，可以根据不同的任务需求做出相应的优化和调整。
二、天河二号超级计算机算法优化随着超级计算机应用场景的不断扩展，计算机的效率也变得越来越关键。
为了提高天河二号的计算效率和优化应用的性能，针对不同的应用场景和算法特性，专门进行了算法优化的研究。
1. 高性能计算优化在高性能计算场景下，应用程序需要耗费大量的计算资源进行并行处理。
通过对任务并行化和进程调度的优化，相应的应用效率得到了显著提高。
而为了进一步提高计算效率，在层次化存储结构的设计方案上，针对矩阵乘法、FFT等传统高性能计算中的计算瓶颈进行了优化。
值得一提的是，在大规模并行处理时，为避免数据安全问题，天河二号还在并行计算任务中引入了SVM虚拟化技术，从而实现了任务隔离和数据共享。
第1章习题参考答案1、简要叙述ENIAC之前计算工具的发展历程。
答案:（1）算筹；（2）算盘；（3）计算尺；（4）机械计算机；（5）机电计算机。
对于（3）—（5），列出其代表机型。
2、对比说明第一代至第四代计算机各自的主要特点。
答案:（1）第一代计算机的主要特点：用电子管作为基本元器件；用机器语言或汇编语言编写程序；使用水银延迟线、静电存储管、磁鼓和磁芯作主存储器；输入输出装置主要用穿孔卡片；主要用于科学计算。
（2）第二代计算机的主要特点：用晶体管作为基本元器件；出现了FORTRAN、ALGOL和COBOL 等高级语言；采用磁芯存储器作主存，采用磁盘与磁带作辅存；除了科学计算和数据处理外，开始进入实时过程控制领域；出现了操作系统。
（3）第三代计算机的主要特点：用集成电路作为基本元器件；高级语言得到广泛应用；用半导体存储器取代了磁芯存储器，存储容量大幅度提高；普遍采用了微程序设计技术，设计了具有兼容性的体系结构；系统软件与应用软件都有很大发展，操作系统的功能有很大的提高和完善；出现了成本较低的小型计算机。
（4）第四代计算机的主要特点：用微处理器或超大规模集成电路取代了普通集成电路；计算机的存储容量进一步扩大，开始使用光盘和激光打印机；面向对象程序设计语言得到广泛使用；微型计算机诞生；数据通信、计算机网络、分布式处理有了很大的发展，互联网得到广泛应用。
3、微型计算机是如何发展起来的？微型计算机的快速发展有什么重要意义？答案: 1971年诞生的微处理器是将运算器和控制器集成在一起的大规模/超大规模集成电路芯片，以微处理器为核心再加上存储器和接口芯片，便构成了微型计算机。
1981年IBM公司推出微型计算机IBM PC后，微型计算机得到了快速发展。
微型机的出现及快速发展，才使计算机走进了大大小小的企事业单位和千家万户，也促进了互联网的快速发展和广泛应用。
4、简要说明第五代计算机的含义，如何评价第五代计算机的研究。
“天河二号”超级计算机使用手册更新时间：2016年1月22日使用须知1.“天河二号”超级计算机（以下简称“天河二号”）的结点使用方式为独占式，即计算结点分配给用户以后，不能为其他用户所用；机时的计算也将以结点为基本单元。
比如，使用2结点共12核运行1小时的程序，机时为2*24*1=48（核*小时），而非2*6*1=12（核*小时）。
因此用户需要合理利用自己的资源。
2. 计算规模在60结点以内（含60）的作业，请提交到以“nsfc”开头的分区；更大规模的作业需提交到“BIGJOB”分区（此分区不允许提交小于61结点规模作业）。
（关于作业分区和提交的操作请仔细查看本手册第五章作业提交。
）3.用户所分配机时仅为机时使用。
如委托研发、修改程序代码、编写复杂脚本等额外服务，会产生一定的服务费用。
如有需求，请发邮件到nsfcsupport@洽商。
4.国家超级计算广州中心（以下简称超算中心）默认提供CPU计算结点。
如需使用“CPU+MIC”的计算结点，请发邮件至nsfcsupport@告知。
5.如需使用超算中心已配置的商业软件，请与nsfcsupport@ 联系。
超算中心不提供商业软件的安装适配、售后及应用支持服务。
您可以自行安装和使用商业软件，或与该软件的售后服务团队联系寻求协助。
用户自行安装软件带来的版权问题请自负责任。
6.超算中心根据实际情况对基于“天河二号”部署的开源软件的安装进行一定程度上的协助，但软件的算法合理性、精度、并行效率、使用方法等软件自身问题需要自行解决。
常用的开源软件的使用方法可以查阅超算中心官网上的相关说明，如：/newsdetail.html?7311 （Quantum ESPRESSO）。
7.如您的任何行为对超算中心的财产和声誉等方面造成了任何损失，超算中心将依法追究相关责任。
以上条例解释权归超算中心所有。
目录1 登录 (1)1.1VPN验证 (1)1.2终端登录 (1)2 文件传输 (6)2.1文件系统 (6)2.2数据传输 (7)3 环境变量管理工具MODULE (11)3.1简介 (11)3.2基本命令 (11)4 编译器 (13)4.1I NTEL编译器 (13)4.2GCC编译器 (14)4.3MPI编译环境 (14)4.4MIC编译环境 (15)5 作业提交 (16)5.1结点状态查看YHINFO或YHI (16)5.2作业状态信息查看YHQUEUE或YHQ (16)5.3交互式作业提交YHRUN (16)5.4批处理作业YHBATCH (19)5.5结点资源抢占命令YHALLOC (21)5.6任务取消YHCANCEL (22)5.7备注 (22)6 常见上机问题（FAQ） (24)6.1常见问题汇总 (24)6.2常见问题解决方案 (25)1 登录1.1 VPN验证在获得VPN账号和系统账号后，Windows SSL-VPN验证请按照如下步骤进行安全链接：Step 1：使用IE浏览器打开VPN登录地址，点击网页右上角“SSLVPN文件下载”，下载并安装运行；Step 2：使用IE浏览器打开VPN登录地址，输入VPN账号和密码，保持网页打开状态。
“天河二号”超级计算机——设计不仅仅是造型一、背景材料2013年6月17日，在德国莱比锡开幕的2013年国际超级计算机大会上，中国国防科技大学研制的天河二号超级计算机以持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能夺得头筹，成为全球最快的超级计算机，是第二名美国的“泰坦”超级计算机运算速度的2倍，也是继“天河一号”之后，中国超级计算机再次夺冠。
目前，“天河二号”已部署在中国广州国家超级计算机中心。
“天河二号”超级计算机由170个机柜组成，占地面积720平方米，峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次内存总容量1400万亿字节，储存总容量1 2400万亿字节，最大运行功耗17.8兆瓦。
打个形象的近似比喻，天河二号运算1小时，相当于13亿人同时用计算器计算一千年，其存储总容量相当于可存储每册10万字的图书600亿册。
“天河二号”超级计算机系统融入了诸多先进的设计理念和科技特性，实现了高性能、高密度、可伸缩、按需配置、快速部署等设计亮点。
“天河二号”超级计算机荣获2013中国设计红星奖。
二、案例故事“天河二号”超级计算机的项目代号为T1203，是国家“863”项目（国家高技术研究发展计划），整机系统由国防科技大学联合灏域科技有限公司共同开发。
国防科大在高端服务器在技术上经过多年发展研究，已经可以达到国际先进水平，但要抢占市场，还需要在关键工程技术和设计附加价值方面加大研究开发投入，而灏域科技有限公司具有国家高新科技企业资质，配有完善的整机工程科技团队，有着丰富的技术与设计整合经验，业务范围覆盖整机系统设计、工业设计、用户体验设计等多种专业领域，尤其是对复杂的系统工程类的项目进行要素剖析重构，达到产品开发最优化设计和最优化管理的目标。
因此，国防科技大学和灏域科技有限公司的强强联手，为“天河二号”超级计算机之后的成功研发奠定了坚实的团队基础。
在项目执行前期，双方首先确立了项目范围基线和项目领导小组，小组打破了企业和部门界限，由包括工业设计师、硬件经理、系统工程师、软件工程师、结构工程师、热设计工程师、配电工程师、采购工程师等在内的8位专家构成。
世界首台亿亿次超级计算机——天河二号(五)
佚名
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2014(33)1
【摘要】2010年天河一号在国家超级计算天津中心投入使用后，“天河”超级计算机的用户迄今已超过600个，在石油勘探（图20）、动漫与影视渲染（图21）、地震数据处理（图22）、土木工程设计、航空航天、生物医药、天气预报与气候研究（图23）、海洋环境研究、新能源、新材料、宇宙科学研究等领域得到广泛应用，
【总页数】1页(PI0002-I0002)
【关键词】超级计算机;世界;地震数据处理;土木工程设计;石油勘探;航空航天;生物医药;天气预报
【正文语种】中文
【中图分类】P631.443
【相关文献】
1.世界首台亿亿次超级计算机——天河二号(一) [J],
2.世界首台亿亿次超级计算机——天河二号(二) [J],
3.世界首台亿亿次超级计算机——天河二号(三) [J],
4.世界首台亿万次超级计算机——天河二号(一) [J], 本刊编辑部
5.世界首台亿亿次超级计算机——天河二号(六) [J], 本刊编辑部
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
