高性能计算的发展与应用

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。

计算机研究与发展ISSN100021239ΠCN1121777ΠTPJournalofComputerResearchandDevelopment44(10):1640～1646,2007

　收稿日期5;修回日期3　基金项目国家科技基础条件平台建设基金项目(5DK6);国家自然科学基金项目(6533);国家“九七三”重点基础研究发展规划基金项目(5B3);国家“八六三”高技术研究发展计划基金项目(6,66)浅析高性能计算应用的需求与发展

赵　毅　朱　鹏　迟学斌　牛　铁　曹宗雁

(中国科学院计算机网络信息中心　北京　100080)(zhaoyi@sccas1cn)

ABriefViewonRequirementsandDevelopmentofHighPerformanceComputing

Application

ZhaoYi,ZhuPeng,ChiXuebin,NiuTie,andCaoZongyan

(ComputerNetworkInformationCenter,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080)

Abstract　WiththedevelopmentofHPC(highperformancecomputing)technologies,HPChasbeenusedtosolvetheproblemsofscientificresearchandindustryproductioninmoreandmorefields1HPCapplicationshavedevelopedrapidlyinmanyscientificfieldsandboostedsignificanttechnologyinnovations1

Since2004,theSupercomputingCenterofCAS(theChineseAcademyofSciences)hasinvestigatedtheHPCapplicationrequirementsoftheEleventhFive2YearPlaninCASseveraltimes1ThetotalHPCrequirementsofCAShavebeencalculatedbasedonthecollecteddetailrequirementsineachapplicationfield1TheresultsprovidereferencesforbuildingtheHPCenvironmentanddevelopingtheHPCapplicationsoftheEleventhFive2YearPlaninCAS1Inthispaperthestate2of2artsintheresearchanddevelopmentofHPCapplicationsisbrieflyintroduced,theprogressofbuildingHPCenvironmentanddevelopingHPCapplicationsinCASisdescribed,andtheHPCapplicationrequirementsoftheEleventhFive2YearPlaninCASarealsoanalyzed1Finally,theprospectofHPCapplicationdevelopmentispresented1

建材发展导向２０１７年３月　工程技术　新疆乌昌地区绿色高性能混凝土的发展与应用　郎高中　鹿启东　（中建西部建设新疆有限公司八道湾厂乌鲁木齐８３００００）　摘要：简要介绍国内外绿色高性能混凝土的研究现状和发展趋势，指出绿色高性能混凝土是新疆乌昌地区混凝土材料的发展方向　必须大力推广和应用这种高效新型建筑材料，充分发挥其优势，彰显其经济效益和社会效益。　关键词：混凝土；绿色高性能混凝土；发展；应用　中图分类号：Ｆ５９２．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—１６７５（２０１７１０５—００２３—０２　引言　混凝土作为当今世界上最大宗的人造建筑材料，在给人类带来巨大　文明进步的同时，也带来了十分严峻的资源、能源及环境问题。据估算，　目前全世界每年混凝土用量约为２８—３Ｏ亿ｍｓ，其中中国作为发展中国家　约为ｌ５亿ｍ　。这就意味着我国每年要开采５Ｏ亿ｔ包括黏土、石灰石和　砂石等天然矿物资源，用于生产水泥和混凝土，这种巨大的资源开采和　能源消耗是相当惊人的。同时全世界每年水泥生产产生的ＣＯ，约１０亿ｔ，　占全球排放总量的１０％，是温室效应气体产生的大户。面对日益减少的　自然资源和不断恶化的自然环境，传统混凝土已不能很好适应社会经济　的发展需要，人们也因此对混凝土性能提出了更高的要求。　１绿色高性能混凝土的发展　国外１９９０年美国首先提出了高性能混凝土ＨＰＣ（Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ英文的缩写），得到了世界各国专家的认可，政府组织包括政府　研究机构、高等院校、建筑公司等很多单位争相开展了高性能混凝土的　研究。目前美国、加拿大、欧洲和日本在这方面的研究和发展比较领先，　主要是加强对混凝土材料的施工性和耐久性的研究，采用高性能外加剂　和性能优良的掺合料，在一定程度上起到了节约资源和能源、保护环境　的作用。　国内最早提出ＧＨＰＣ概念的是我国工程院院士吴中伟教授，１９９２年　他在国内首先提出研究与推广高性能混凝土的建议，继而根据可持续发　展战略，提出“环保型胶凝材料”与“绿色高性能混凝土”的新概念，他指　出：“ＧＨＰＣ是混凝土的发展方向，更是混凝土的未来”。我们要加强绿色　意识，使混凝土工作者更自觉地提高高性能混凝土的绿色含义。因此从　历史和发展的角度来说，研究和发展新型绿色高性能混凝土意义重大，　刻不容缓。　２０１４年８月１３日住房城乡建设部、工业和信息化部发布的关于推　广应用高性能混凝土的若干意见，要求各级住房城乡建设部门、工业和　信息化主管部门要加强对高性能混凝土推广应用的领导，并结合本地实　际，制定和完善相关措施，建立健全组织保障和考核机制，确保各项任务　落到实处。　２０１４年新疆乌鲁木齐市出台了《关于在乌鲁木齐地区加快应用高性　能混凝土的通知》（乌建发［２０１４１４６号）文件，高性能混凝土开始在乌鲁　木齐的建设工程中得以推广应用。这两年来有关以高性能混凝土应用技　术指南、预拌混凝土绿色生产及管理技术规程、高性能混凝土评价标准　等为重点，广泛开展起各项师资培训和各种技术培训。在乌市建委的推　动下，充分发挥高性能混凝土推广应用技术指导组、建科院、检测中心等　机构和专家的作用，为高性能混凝土的生产、应用提供技术咨询和指导　服务。目前新疆乌昌地区乌鲁木齐市在住房城乡和基本建设领域的某些　优秀建筑设计、绿色建筑评定、设计和工程招投标等活动中，都采用高性　能混凝土的情况作为参评、获奖或招投标优先条件之一，建委鼓励建设　单位、设计单位等科学采用高性能混凝土。　绿色高性能混凝土是满足建设工程特定要求，采用优质常规原材料　和优化配合比，通过绿色生产方式以及严格的施工措施制成的，具有优　异的拌合物性能、力学性能、耐久性能和长期性能的混凝土。作为重要的　绿色建材，高性能混凝土的推广应用对提高工程质量，降低工程全寿命　周期的综合成本，发展循环经济，促进技术进步，推进混凝土行业结构调　整具有重大意义。　２绿色高性能混凝土的特点　根据研究者们的观点，高性能混凝土的特点是：高的工作性能、体积　稳定性好、高的强度、高耐久性。而绿色高性能混凝土具有以下优异性　分相关工作情况随时关注着。对于泵机，施工人员应当让其处于低速运　行而非正常的运行状态，只有泵送过程中达到比较顺利的运输时，才可　以将其提升到泵送的正常运输速度。　在高层房屋建筑混凝土施工泵送运输工作时，采取二次布管或者从　远到近的方法进行施工，这个工程混凝土浇注方向与泵送方向是一样　的。其注意事项：首先不可以采用有裂缝的和表面凹陷的管道进行施工，　对管道的管箍扎牢一点，避免管道出现爆管的情形，伤害到施工人员。然　后对于施工过程中产生的故障进行紧急处理，及时更换容易损坏的重要　物件：最后泵送完成之后，要及时对泵送的泵机进行养护，清洗掉泵机上　存在的污染物　４结束语　综上所述，房屋建筑混凝土施工技术问题的产生都是因为不同类型　的原因造成的，要做好这些处理措施才能使建筑行业更进一层楼。采用　科学化合理化的混凝土施工技术，对高层房屋建筑混凝土施工问题进行　规整，结合混凝土施工实际情况和图纸设计情况，切实有效地解决混凝　土施工技术问题，把房屋建筑好才能有效发展建筑行业，也能进一步推　进社会经济发展。　参考文献　［１】朱勇．高层房屋建筑混凝土施工存在的问题及技术预防和处理【ＪＩ．黑龙　江科学，２０１４（１２）：２０．　【２］雷峻．浅析房屋建筑混凝土施工存在问题的技术预防和处理叨．中国房　地产业，２０１５（Ｚ２）：９１．　【３】徐瑞娟．探析高层房屋建筑工程大体积混凝土施工质量控制［Ｊ］．江西建　材，２０１６（１４）：】１９～１２Ｏ　收稿日期：２０１７—２—７　作者简介：解学鹏（１９８９一），男，山东青岛人，助理工程师，本科，研究方向　为建筑混凝土技术。　・２３・