高性能计算机发展及应用探讨

| 工程设备与材料 | Engineering Equipment and Materials·96·2019年第9期高性能计算机发展及应用探讨许喜斌（广东工程职业技术学院，广东 广州 510520）摘 要：高性能计算机是各国科技实力的体现，发展中国家和发达国家都投入大量时间和资金进行开发研究，推进了高性能计算机的发展。

文章主要介绍高性能计算机的基本概念及国内外的发展状况，重点分析高性能计算机特点，探讨我国高性能计算机的应用发展。

关键词：高性能计算；智慧城市；大数据；云计算中图分类号：TP38 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）09-0096-03作者简介：许喜斌（1987—），男，硕士，实验师，高级工程师，研究领域：计算机应用技术，计算机视觉。

高性能计算机主要是指具有高运算能力、大存储容量、强大计算和处理数据能力，可以处理一般计算机无法处理的大量数据资料，还包括功能丰富的软件系统、多样的外部设备的计算机。

高性能计算机主要运用在科学研究及军工领域，其决定了一个国家的综合国力发展，为国家的信息化建设提供了根本性的保障，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义。

因此高性能计算机研究发展，不仅推动科技的发展、改善人民生活水平、推进社会进步、加强信息化建设及国民经济建设，而且在加强国防建设与国家安全等方面催生大量相关产业的发展。

1 高性能计算机的发展高性能计算机从20世纪70年代开始发展，其中从向量机、大规模并行处理计算机（MPP ）、集群等阶段逐步发展。

1982年克雷公司生产世界上第一台并行向量机CrayX-MP/2，采用先行控制和重叠操作技术、运算流水线、交叉访问的并行存储器等并行处理结构。

20世纪90年代起，基于微处理器的MPP 逐渐成为高性能计算机主流。

该系统的主要特点是具有较多松耦合处理单元，其中每个单元内都具有操作系统及管理数据库的实例复本，而单元内的CPU 也具有私有的资源，但是其最大的缺点是资源不共享。

20世纪90年代中期，随着电脑的成熟和局域网技术的快速发展，主流方式为计算机集群。

集群就是将多个松散的计算机（节点）用软件或硬件连接起来，完成高度紧密的计算协调工作的计算机系统。

其一般采用局域网连接，也包含其他连接方式。

2 国内外研究状况2.1 国外高性能计算机的研究发展美国等发达国家在20世纪90年代重点研究高性能计算机，并取得不少重要成果。

其中，美国橡树岭国家实验室（Oak Ridge NationalLaboratory ，ORNL ）所属美国能源部，以面向国家的科研服务为主，在计算科学、地球科学、生物科学、物理学、材料科学等领域都有该实验室的高性能计算能力的应用。

美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LawrenceLivermore National Laboratory ，LLNL ）则是运用先进的科学技术确保国家核武器的安全可靠，将高性能的计算机能力应用到国防与全球安全、光子科学、工程学、物理与生命科学等多个科研领域。

日本建有大型自然科学研究机构，即日本理化研究所先进科学计算机构（AdvancedInstitute for Computational Science ，AICS ）。

其设有超级计算中心提供高速的计算能力为国家级科学研究提供服务。

德国于利希超级计算中心（Jülich SupercomputingCenter ，JSC ）则不对外提供服务，在环境科学、网格技术、能源科学、生物医学等领域为德国核物理研究所的科学研究提供计算服务。

斯图加特高性能计算中心（HLRS ）对生物力学模拟、分子动力学、DICOM 工具盒领域进行重点研究，该中心是斯图加特大学的核心部门，主要面向商业运作，推动德国高性能计算机的发展和应用。

2.2 国内高性能计算机的研究发展国外的高性能计算机高速发展的同时，国内的高性能计算机发展也在奋起直追，逐步减小与世界先进水平的差距，其中中科院超算中心（SSAS ）是我国最早的计算科学机构，主要研究并行计算的实现及应用服务。

其不仅为院内各类科研院提供科学计算服务，也为院外单位和高等院校提供科学计算服务。

国家超级计算天津中心（NSCC-TJ ）于2009年正式批准建设，这是一个具有交叉性质的超级计算中心，虽然它与美国等发达国家的超级计算中心仍有着巨大的差距，但也为国内众多科研机构提供高性能计算服务，包括人类基因、海洋生态环境、可控核聚变等研究，取得不少高水平的成果。

天河二号超级计算机系统由国防科技大学于2013年研制而成，又是一个应用于国家级超算中心的高性能计算机，而且它在交叉性质上更胜一筹，尤其在智慧城市、基因测序、生物医药、云计算和信息服务等领域都应用了高性能计算能力。

近些年来，我国高性能计算机发展迅速，取得不错的成果，2018年国内前10的高性能计算机性能如表1所示。

3 高性能计算机的应用3.1 建设智慧城市目前我国正处于城镇化加速发展时期，其中城市发展存在不少难题，建设智慧城市，确保城市可持续发展迫在眉睫。

可利用高性能计算机的高性能、应用广和易使用特点，推进智慧城市的建设。

其中智慧城市的智慧公共服务和城市管理系统，可以提高公共服务水平和提升城市运行效率；“智慧交通”工程的建设，可以从监控力度、智能化管理水平进行提升，保证交通运输畅通和安全；智慧政务城市综合管理运营平台的应用，可以互联互通政府各个部门的有效数据信息，为科学指挥决策提供技术支撑；智慧教育文化体系构建，可以推动教育事业的智能化发展；建设智慧安居服务，为新楼宇、社区智能化管理打下基础；智慧服务应用，可以创新传统服务企业经营、服务和管理模式，向现代智慧服务产业转型升级；构建智能视觉物联网，可以将收集到的大数据可视化和规范化，进而进行城市综合体可视化管理；智慧健康保障体系建设，可以推进建设数字远程医疗服务、远程挂号等智慧医疗系统，提高医疗服务水平。

3.2 促进机器人产业升级和工业转型发展2013年起，我国已成为全球最大的机器人市场，预计2022年将占全球总量的38%以上，因此机器人的普遍应用是必然趋势。

目前其开始渗入生活的方方面面，像医疗服务、家庭娱乐、食品饮料等行业。

目前已有上海、广州、重庆等39个城市相继提出了打造机器人产业基地的构想，网络化、数字化、智能化、无人化已成为机器人技术发展的重要趋势。

机器人需要中央处理器，才能跟操作它的人有直接的联系，才可以进行设定好的动作。

因此，加大与机器人行业及相关公司的联系，出租相应的计算机，利用其高性能、高运算的特性，对机器人进行模拟仿真升级改造，促进机器人产业及工业的发展。

3.3 进行大数据分析目前社会的发展，每天都产生大量的数据，而且呈爆炸式增长，在大容量、高增速和多样性等方面，对现代企业的数据处理和分析能力提出了更高的挑战，同时也使得企业可以更丰富、更深入和更准确地洞察市场行为。

但是，现在面临最大的挑战是如何从大数据中发掘出真正有价值的信息。

大数据分析是从数据的采集开始，收集来自各个客户端的海量数据，然后再进行数据的导入与预处理，这一步骤导入的数据量达到千百兆，接下来利用分布式数据库进行统计和分析，涉及的分析数据量非常大，对系统资源的要求高，最后再运用各种算法进行预测分析。

上述情况需要高性能计算机的运算能力和专门的算法进行解决，并不是每个企业都有专门的高性能计算机及相关人才，其需要大量的人力和财力资源，所以租赁高性能计算机更加符合企业的利益。

3.4 建立全国性信息处理库针对目前社会关注的“中国式办证难”现象，虽然国家已出台不少相关政策，但是仍然存在手续繁杂、证件滥用、规定不明确、补办麻烦、人情因素过重、裁量权过大、部分办证人员推诿不作为等问题。

这些问题产生原因就在于信息的共享性不高，相关性不强。

若能利用高性能计算机的运算和存储能力建立一个全国的个人信息系统，关联个人的基本情况，如婚姻、年龄、身份证，违法情况等，就可以从源头解决“办证难”的问题。

例如无犯罪证明经常在各种场合下需要使用，需要相应证明机构从权威网上查询该人犯罪情况，但运用个人信息系统后，就不需要本人重新办理。

同样，对于儿童的信息采集、统一化，可以减少儿童的丢失或帮助寻找丢失儿童。

4 结束语我国的超级计算机研究虽然起步较晚，与发达国家的差距较大，但是这些年来奋起直追，已经站在了世界超算研究的第一梯度，取得了不少瞩目的成果。

在当今信息科技迅速发展的时代以及我国产业转型的重要节点，我国的城镇发展、智能制造、国防安全、智慧校园、数字化生活等都将更加依赖高性能计算机。

我国未来高性能计算机的发展，需要一个科学合理的环境，既需要国家的政策支持，也需要企业、高校、研究所的自主创新、产学研用结合。

只有多方面共同努力，才能发展和发挥高性能计算机的作用。

参考文献：[1]赵毅,朱鹏,迟学斌,等.浅析高性能计算应用的需求与发展[J].计算机研究与发展,2007(10):1640-1646.[2]张军华,臧胜涛,单联瑜,等.高性能计算的发展现状及趋势[J].石油地球物理勘探,2010,45(6):918-925+936+791-792.[3]陈红梅,李皓,钱同惠,等.高性能计算机发展历程及现状[J].软件导刊,2015,14(3):7-8.[4]袁国兴,孙家昶,张林波,等.2013年中国高性能计算机发展现状分析及系统测评技术简析[J].计算机工程与科学,2013,35(11):1-5.[5]朱莹.浅谈高性能计算机的发展现状和瓶颈[J].科技情报开发与经济,2008(18):123-125. （下转第153页）2国防科大天河二号升级系统超算中心4270086144510067961 3国防科大天河一号A超算中心2027522566470154.64国家并行计算机工程技术研究中心神威E级原型系统超算中心2662402556313081.55曙光曙光TC6000科研508162547423060.26国防科大国防科技大学E级高性能计算机原型系统超算中心1966082469314678.57曙光曙光TC6000科研481282435400460.8 8浪潮浪潮NF5288M5 GPU集群互联网/云计算26242287489046.8 9曙光曙光E级原型机超算中心655362274319871.1 10国防科大天河二号A云计算215042071307567.4Engineering Management | 工程管理 |·153·先进的高科技维修养护设备应用到公路养护工作中，从而高效开展公路养护工作。

此外，人才是提高养护质量的关键，可以聘用专业技术强的人才为公路养护工作的顺利进行提供保障。