简述天河一号架构
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超级计算机研究报告1. 引言1.1 超级计算机的定义与意义超级计算机,又称巨型机,是指具有极高计算速度和强大数据处理能力的计算机系统。
其计算能力通常以每秒浮点运算次数(FLOPS)来衡量,远超一般个人计算机和服务器。
超级计算机在科学、工程、国防、气象、生物医学等领域发挥着至关重要的作用,是支撑国家科技发展、提升综合国力的关键设施。
1.2 研究目的与背景随着全球科技竞争的加剧,超级计算机已成为各国争夺的战略制高点。
我国在超级计算机领域取得了一定的成绩,但与国际先进水平仍有一定差距。
为了深入了解超级计算机的发展现状、关键技术及其应用,本报告旨在系统研究超级计算机的发展历程、技术特点和应用领域,为我国超级计算机的发展提供参考。
1.3 报告结构及主要内容本报告共分为八个章节,分别为:引言、超级计算机的发展历程、超级计算机的关键技术、超级计算机的应用领域、我国超级计算机的代表案例、超级计算机的性能评价与排名、我国超级计算机发展的挑战与对策以及结论。
报告将详细介绍超级计算机的各个方面,以期为我国超级计算机的研究和发展提供有力支持。
2. 超级计算机的发展历程2.1 国际超级计算机发展概况超级计算机的发展可以追溯到20世纪60年代。
自那时以来,超级计算机在技术、性能和应用领域等方面取得了巨大进步。
国际上的超级计算机发展主要集中在欧美、日本等国家。
其中,美国一直处于领先地位,其研发的超级计算机多次荣登全球最快超级计算机的宝座。
从历史发展来看,超级计算机的发展经历了多次变革。
最初,超级计算机主要采用大型主机架构,随后逐渐发展到向量机、大规模并行处理(MPP)系统,再到如今的云计算和众核处理器架构。
这些变革不仅提高了超级计算机的性能,还使其在更广泛的领域发挥重要作用。
2.2 我国超级计算机发展历程及现状我国超级计算机的发展始于20世纪70年代,经历了从无到有、从弱到强的发展过程。
特别是近年来,我国在超级计算机领域取得了举世瞩目的成绩。
天津计算机等级考试三级一、选择题(每题2分,共30分)1. 我国“天河一号”超级计算机的计算速度为2.507PFlops。
这里PFlops的P 代表10的15次方,那么该浮点运算速度为每秒钟:A) 2.507万亿次B) 2.507百万亿次C) 2.507千万亿次D) 2.507亿亿次2. 下列哪项不是必需的灾前预防性措施?A) 防火设施B) 数据备份C) 配置冗余设备D) 不间断电源(仅给关键设备配备)3. 根据《计算机信息系统国际联网保密管理规定》,涉及国家秘密的计算机信息系统,不得直接或间接地与国际互联网或其他公共信息网络相连接,必须实行:A) 逻辑隔离B) 物理隔离C) 安装防火墙D) VLAN划分4. 认证是防止哪种攻击的重要技术?A) 主动攻击B) 被动攻击5. 关于TCP/IP参考模型的描述中,正确的是:A) 分为7个层次B) 最底层是互联层C) 由ISO组织制定D) 最高层是应用层6. IP地址中,关于C类IP地址的说法正确的是:A) 可用于中型规模的网络B) 在一个网络中最多只能连接256台设备C) 此类IP地址用于多目的地址传送D) 此类地址保留为今后使用7. 下列哪项不属于软件的概念描述?A) 汇编语言是符号化的机器语言,可在机器上直接运行B) 程序由指令序列组成,用自然语言直接编写C) 系统软件最核心部分是操作系统D) 软件按授权方式分为正版软件和盗版软件(此选项虽现实存在,但非软件概念描述)8. 防火墙一般由哪两部分组成?A) 分组过滤路由器和网桥B) 分组过滤路由器和应用网关C) 杀毒软件和防病毒卡D) 路由器和交换机9. 在OSI参考模型中,提供路由选择与拥塞控制功能的是:A) 物理层B) 网络层C) 传输层D) 应用层10. 不可逆加密算法在加密过程中:A) 需要使用公用密钥B) 需要使用私有密钥C) 需要使用对称密钥D) 不需要使用密钥11. 下列叙述中是数字签名功能的是:A) 防止交易中的抵赖行为发生B) 防止计算机病毒入侵C) 保证数据传输的安全性D) 以上都不对(仅A项正确,但选项设计为多选形式,此处简化为单选)12. 下列哪项不属于“三网合一”的“三网”?A) 电信网B) 有线电视网C) 计算机网D) 交换网13. 下列哪项不是影响计算机网络性能的主要因素?A) 网络带宽B) 网络拓扑结构C) 网络协议D) 打印机型号14. 调制解调器(Modem)的分类中,不包括以下哪种类型?A) 基带调制解调器B) 音频调制解调器C) 光纤调制解调器(通常为无线或有线,光纤不直接用于调制解调器分类)D) 无线调制解调器15. 如果一个信息系统,其业务信息安全性或业务服务保证性受到破坏后,会对社会秩序和公共利益造成一定损害,但不损害国家安全,那么该信息系统属于等级保护中的:A) 强制保护级B) 监督保护级C) 指导保护级D) 自主保护级二、简答题(每题10分,共40分)16. 简述计算机三级信息安全技术中,安全评估技术采用的主要工具及其功能。
天河二号——我国的巨型计算机由国防科大研制的天河二号超级计算机系统,以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能位居榜首,成为全球最快超级计算机。
2010年11月,天河一号曾以每秒4.7千万亿次的峰值速度,首次将五星红旗插上超级计算领域的世界之巅。
2013年11月18日,国际TOP500组织公布了最新全球超级计算机500强排行榜榜单,中国国防科学技术大学研制的“天河二号”以比第二名—美国的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。
广州大学城广州超算中心。
组成结构天河2号由16000个节点组成,每个节点有2颗基于Ivy Bridge-E Xeon E5 2692处理器和3个Xeon Phi,累计共有32000颗Ivy Bridge处理器和48000个Xeon Phi,总计有312万个计算核心。
每个Xeon Phi使用其中的57个核心,使用57个核心能够加速4个执行线程,运行在1.1GHz的Xeon Phi可以生产1003 Tflops的双精度运算能力。
单个节点可以有3.431 Tflops运算能力,16000个节点总计可达54.9PFlops性能。
每个运算节点有64GB主存、而每个Xeon Phi板载8GB内存,因此每个节点共有88GB 内存,总计16000个节点一共有1.404 PB内存,而外部存储器容量方面更是高达12.4PB.在每个主板上有2个计算节点,而每个框架则有16个主板,4个框架组成一个机柜,整个系统由125个机柜组成。
每个计算节点主板分为两块,一块CPM 一块APU,CPM上有4核Ivy Bridge、内存和一个Xeon Phi,而APU基板上则承载着5个Xeon Phi.CPM和APU之间有5个水平插入的链接口,由Ivy Bridge内置的PCI-E 2.0进行连接,虽然Ivy Bridge内置为PCI Express 3.0接口,但Xeon Phi仅支持2.0,单个通路为10Gbps带宽。
《大学计算机基础与计算思维》习题参考答案第一章计算机引论一、简答题(1)什么是数据?什么是信息?二者有什么关系?答:数据是记录下来的可以鉴别的符号,它可以通过语言、文字、符号、图形、声音、光、电等来记录客观事物的状态。
数据是对客观事物的一种符号描述,而信息是经过加工后的数据,是可以用来通信的知识。
信息是用来消除随机不确定性的东西。
二者关系为:数据是信息的原材料,而信息则是数据加工后的产品。
(2)支撑人类社会文明的三要素是什么?如何理解三者在不同历史时期的地位和作用?答:三要素为:信息、物质、能源。
不同历史时期三种要素的利用比例不同。
(3)什么是数字化?在计算机领域内又如何理解?答:数字化分为广义和狭义二种,广义的数字化:指信息经过数字化处理的广泛应用。
狭义的数字化:是指由数字信号(数码)取代模拟信号来表征、处理、存储、传输各种信息的过程。
在计算机领域内,我们可以将数字化理解为将许多复杂的信息转变为可以度量的数字、数据,再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型,把它们转变成一系列二进制代码,引入计算机内部,进行统一处理。
(4)简述计算机的发展阶段。
答:1932年英国数学家亚伦.图灵(Alan Turing)提出一人计算模型,称图灵机,现在的计算机在本质上与图灵机是一样的。
1936年,Konrad Zuse建造了一台可编程的数字化计算机,它引入了二进制系统和电子管的使用。
第一代计算机:1946至1956年,世界上第一台计算机ENIAC,电子管元件。
宾夕法尼亚大学的美籍匈牙利数学家冯.诺依曼改进了ENIAC研制出了世界上第二台计算机EDVAC,作了重要改进:一是采用了二进制,二是程序和数据存入计算机内部。
冯.诺依曼为现代计算机在体系结构和工作原理奠定了基础。
当今的计算机依然遵循的是冯.诺依曼提出的计算机体系结构。
第二代计算机:(5) 简述计算机的特点。
运算速度快、计算精度高、存储容量大、具有逻辑判断功能、可靠性高、自动化程度高、通用性强等。
1.最新TOP10榜单2.中国进展3.体系结构4.技术参数解析TOP 10 Sites for June 2016For more information about the sites and systems in the list, click on the links or view the complete list.Rank Site System Cores Rmax(TFlop/s) Rpeak(TFlop/s)Power (kW)1 National SupercomputingCenter in WuxiChina Sunway TaihuLight -Sunway MPP, SunwaySW26010 260C 1.45GHz,SunwayNRCPC10,649,600 93,014.6 125,435.9 15,3712 National Super ComputerCenter in GuangzhouChina Tianhe-2 (MilkyWay-2) -TH-IVB-FEP Cluster,Intel Xeon E5-2692 12C2.200GHz, TH Express-2,Intel Xeon Phi 31S1PNUDT3,120,000 33,862.7 54,902.4 17,8083 DOE/SC/Oak Ridge NationalLaboratoryUnited States Titan - Cray XK7 ,Opteron 6274 16C2.200GHz, Cray Geminiinterconnect, NVIDIAK20xCray Inc.560,640 17,590.0 27,112.5 8,2094 DOE/NNSA/LLNLUnited States Sequoia - BlueGene/Q,Power BQC 16C 1.60GHz, CustomIBM1,572,864 17,173.2 20,132.7 7,8905 RIKEN Advanced Institute forComputational Science (AICS)K computer, SPARC64VIIIfx 2.0GHz, Tofu705,024 10,510.0 11,280.4 12,660Japan interconnectFujitsu6 DOE/SC/Argonne NationalLaboratoryUnited States Mira - BlueGene/Q,Power BQC 16C1.60GHz, CustomIBM786,432 8,586.6 10,066.3 3,9457 DOE/NNSA/LANL/SNLUnited States Trinity - Cray XC40,Xeon E5-2698v3 16C2.3GHz, AriesinterconnectCray Inc.301,056 8,100.9 11,078.98 Swiss National SupercomputingCentre (CSCS)Switzerland Piz Daint - Cray XC30,Xeon E5-2670 8C2.600GHz, Ariesinterconnect , NVIDIAK20xCray Inc.115,984 6,271.0 7,788.9 2,3259 HLRS -HöchstleistungsrechenzentrumStuttgartGermany Hazel Hen - Cray XC40,Xeon E5-2680v3 12C2.5GHz, AriesinterconnectCray Inc.185,088 5,640.2 7,403.52.中国进展2009年金秋时节,天河一号横空出世。
计算机的发展历史前言当今的社会,计算机已成为我们生活中不可缺少的组成部分,无论在什么场合,什么领域,工作又或者学习,又或者是娱乐,甚至是我在写的这篇综述。
他们都离不开计算机的存在。
离开了计算机,我都无法想象社会会变得什么样,是不是会变得一团糟。
交通会瘫痪,医院会崩溃,什么都做不了。
但是凡事都有两面性,计算机这种东西也是有利有弊的。
有人沉迷于游戏中无法自拔,但是总的来说,这是一个足以跨时代的发明,他给人类带来的好处不可估量。
发展经历说到计算机的历史,那就要从计算机的诞生说起了。
阿兰图灵是英国的科学家,1936年他发表了一片论文《论可计算数及其在判定问题中的应用》,这篇论文奠定了现代计算机的原理,这就是图灵机。
所谓的图灵机就是指一个抽象的机器,它有一条无限长的纸带,纸带分成了一个一个的小方格,每个方格有不同的颜色。
有一个机器头在纸带上移来移去。
机器头有一组内部状态,还有一些固定的程序。
在每个时刻,机器头都要从当前纸带上读入一个方格信息,然后结合自己的内部状态查找程序表,根据程序输出信息到纸带方格上,并转换自己的内部状态,然后进行移动。
图灵的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行数学运算的过程。
自此之后人们一直为了实现这个原理而奋斗,终于第一个采用电器元件来制造计算机的是德国工程师朱斯(K.Zuse).他设计的第一台计算机Z-1号于1938年完成。
这是一台纯机械结构的机器,运算速度慢,可靠性也差。
1941年,他的z-3计算机开始运转,这是世界上真正的第一台通用程序控计算机 1944年,在国际商业机器公司(即IBM公司)的支持下,霍华德。
艾肯(Howard Aiken)制造了世界上第一台程序控制的自动数字计算机—MARK-I ,在美国哈佛大学投入运行。
MARK-I 只是部分采用了继电器。
其后,在1945-1947年间,艾肯又领导制造成功一台全部使用继电器的计算机---MARK-II。
在计算机发展历史上,MARK-I 和MARK-II有着重要的地位。
嵌⼊式系统-复习题资料⼀、1、某⽂件属性显⽰为 drwxr-xr-x,则该⽂件是( A )。
A、⽬录⽂件B、普通⽂件C、链接⽂件D、管道⽂件2、在linux中,通常作为⽤户⼯作⽬录的是( C )。
A、 /bootB、/etcC、 /homeD、/bin3、下列命令中,⽤于显⽰系统进程列表的命令是( D )。
A、 locateB、mvC、 catD、ps4、表⽰⽬标⽂件的扩展名⼀般是( B )。
A、.cB、 .oC、 .hD、 .i5、在Makefile的⼯程管理中,( C )表⽰第⼀个依赖⽂件的名称。
A、 $*B、$+C、$<D、 $?6、以下不属于嵌⼊式系统特点的是 B 。
A 、不具备⼆次开发能⼒B 、⾯向通⽤应⽤ C、软硬件裁剪 D、软件固化于芯⽚7、对嵌⼊式板进⾏在线交叉调试(ICD⽅式),所使⽤的连接接⼝⽅式为( D )。
A、USBB、⽹络接⼝C、串⼝D、 JTAG8、linux与开发板串⾏调试⽅式中,所使⽤到的⼯具软件是( A )A、 minicomB、超级终端C、arm-linux-gccD、 gdb9、在Linux内核源代码中,与处理器体系结构有关的⼦⽬录是( C )。
A、/includeB、/initC、/archD、drivers10、下列⽂件系统,不是嵌⼊式系统的⽂件系统格式的是( B )A、cramfsB、ntfsC、romfsD、jffs11、以下属于Linux⽂件系统格式的是( A )A、EXT3B、FATC、FAT32D、NTFS12、某⽂件属性显⽰为–rwxr-xr-x,则该⽂件是( B )。
A、⽬录⽂件B、普通⽂件C、链接⽂件D、管道⽂件13、在linux中,通常作为存放系统配置⽂件的⽬录是( B )。
A、 /bootB、/etcC、 /homeD、/bin14、下列命令中,⽤于给特定进程发送信号的命令是( C )。
A、 locateB、mvC、 killD、 cat15、在Makefile的⼯程管理中,( D )表⽰⽬标⽂件的完整名称。
一、超级计算机速度单位超级计算机速度以每秒的浮点运算"FLOPS"来作量度单位。
常见的表示电脑中的数量或速度用的单位英汉对照如下:1K=210=10241M=220=1024×1024=104,85761G=230=1024×1024×1024=10,7374,18241T=240=1024×1024×1024×1024=1,0995,1162,77761P=250=1024×1024×1024×1024×1024=1125,8999,0684,26241E=260=1024×1024×1024×1024×1024×1024=115,2921,5046,0684,69761Z=270=1024×1024×1024×1024×1024×1024×1024=11,8059,1620,7174,1130,3424 1Y=280=1024×1024×1024×1024×1024×1024×1024×1024=1,2089,2581,9614,6291,7470,6176(电脑中的进制在涉及缩写时通常是以210(1024)为进制,前缀缩写引用国际单位制之SI prefixes。
)二、目前最快的超级计算机截止至2010年10月,在中国超级计算机天河一号的升级完成之后,已经超越美国制“美洲豹”超级计算机而跃居成为世界运行速度最快最强大的超级计算机,但主要使用之处理器均为美国英特尔制造。
三、过往的超级计算机2009年10月,中国研制的第一台千万亿次超级计算机在湖南长沙亮相,这台名为天河一号的计算机位居同日公布的中国超级计算机前100强之首,也使中国成为继美国之后世界上第二个能够研制千万亿次超级计算机的国家。
第一题:判断题1.在ARM处理器中,快速中断(FIQ)的优先级高于外部中断(IRQ)。
T2.ROM能够永久或半永久地保存数据,ROM内的数据永远不会丢失。
F3.嵌入式ARM架构的嵌入式处理器同时支持大端、小端(Big/Little-Endian)数据类型。
T4.ARM7TDMI中的T代表增强型乘法器。
F5.看门狗(Watch Dog)实际是一个简单的定时器,在固定时间内若正常清零,则自动复位处理器。
F6.所有具备中央处理器的电子设备都属于嵌入式设备。
F7.冯诺依曼体系将被哈佛总线所取代。
F8.嵌入式linux操作系统属于免费的操作系统。
T9.移植操作系统时需要修改操作系统中与处理器直接相关的程序。
TB2.0的最大通信速率为12M/S。
F11.在正常程序执行过程中,每执行一条ARM指令,PC值加2。
F12.一个嵌入式处理器给它供电后就能独立工作。
F13.一般情况下,完成一条指令需要2个步骤,即取指令和执行指令。
F14.嵌入式操作系统必须包含操作系统的一些最基本的功能,用户可以通过API函数来使用操作系统。
T15.BSP是介于硬件和嵌入式操作系统中驱动层程序之间的一层。
T16.Boot Loader不属于板级支持包BSP类。
F 属于17.ARM微处理器中支持字节和字两种数据类型。
F还有半字18.ARM指令系统支持6种常见寻址方式。
F 7种19.S3C44B0X嵌入式微处理器使用ARM9TDMI核。
F ARM720.DMA允许在外部设备和存储器之间直接读/写数据。
T第二题:填空题1.嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成。
在硬件方面,嵌入式系统的核心嵌入式处理器一般可以分成4 类,即{嵌入式微处理器(MPU)} 、{嵌入式微控制器(MCU)} 、{嵌入式DSP 处理器(DSP)}、和{嵌入式片上系统(SOC)}。
2.嵌入式系统由硬件和软件两大部分组成。
软件由{嵌入式操作系统} 和{ 应用软件组成} 。
近日,美国宇航局NASA关闭了其最后一台大型机,宣告了NASA大型机时代的终结.美国太空计划由于预算的减少而搁置,但是中国的登月计划正如火如荼的展开,实现登月不可或缺的是对于轨道的计算,必然少不了大型机的支持。
美国阿波罗计划正是运用了大型机进行人类第一次登月计划中相关的复杂计算.ﻫ大型机计算阿波罗飞船着陆地点在阿波罗登月计划中,NASA领用IBM 360大型机系统计算出了阿波罗11号的着陆地点范围。
虽然关于大型机明日黄花的论调也由来已久,但真实情况确是大型机一直屹立不倒.2012年一月IBM 发布了其大型机战略计划,大型机将会继续以高可靠性、高可用性和高服务性的特点应用在银行等机构中。
ﻫNASA关闭其最后一台大型机IBM硬件主管罗德在回应大型机渐行渐远的说法时说道,NASA关闭最后一台大型机之所以被关注,原因在于最早的大型机应用系统之一正是帮助将人类运送到月球的制导系统.大型机曾经因为阿波罗登月计划而辉煌,美国宇航局在登月计划中应用了几台IBM早期的大型机系统.帮助其进行复杂的运算,例如轨道计算等等。
ﻫ大型机系统与登月计划而在其他的领域,例如银行等企业,大型机依然发挥着重要作用。
在科技飞速发展的今天,大型机缘何经历半个世纪依然不倒,它与小型机、x86服务器、甚至是超级计算机又有何分别。
接下来就来揭开大型机的神秘面纱.大型机与超级计算机的区别光从名字而言,可能有网友会将大型机与超级计算机混为一谈。
超级计算机(旧时又名巨型机),有极强的计算速度,通常用于科学与工程上的计算,这些计算的速度与内存性能大小有关,而大型机的运算任务主要受数据传输与转移、可靠性及并发处理性能所限制。
大型机更倾向整数运算,如订单数据、银行业务数据等,超级计算机则是更强调浮点计算性能如天气预报,大型机在处理数据的同时需要读写或传输大量信息,如海量的交易信息、航班信息等等。
大型主机和超级计算机的主要区别在于以下几个方面:1.大型主机使用专用指令系统和操作系统,超级计算机使用通用处理器及UNIX或类UNIX操作系统(如linux)。
目录1、AMD显卡三代急行军ATI没入历史长河 (1)2、NVIDIA费米两手抓高性能计算新战场 (2)3、融合大幕渐渐拉起CPU/GPU不分你我 (4)4、Intel滴滴答答不等人沙桥已然搭起 (5)5、固态硬盘贴近百姓耐久性接受考验 (8)6、硬盘破3TB大关再遇容量尴尬引深思 (9)7、一部电影掀起狂潮3D立体目不暇接 (10)8、USB、SATA富三代高速接口披荆斩棘 (11)9、DDR3内存完成普及大业DDR4崭露头角 (12)10、多方冲击下DIY萎靡辉煌逝去路在何方 (14)冷的空气中,2010年成为历史,2012也更近了。
不经意之间,这已经是我们的第六次年底总结了。
各家媒体都在忙着回首过去、展望未来,我们也按照惯例精心挑选了过去一年中硬件产业内的十件大事要闻,和您一起重新审视一番。
我们同样坚信,2011年的硬件,依然会硬度十足!1、AMD显卡三代急行军ATI没入历史长河过去连续两年,我们都对AMD的显卡业务做了积极评价,这次也没有失望。
通过积极有效的产品发布和推进策略,又趁着对手一时间跌入低谷,AMD今年在桌面和笔记本独立显卡市场上都取得了空前的丰收,终于夺回了久违的头把交椅,可谓春风得意。
从2009年9月底的DX11排头兵Radeon HD 5870开始,到2010年2月底的补完型Radeon HD 5830结束,AMD只用了短短五个月的时间就完成了全线产品布局,期间还一举覆盖了移动市场,随后又延伸到了图形工作站和高性能计算领域,几乎每一款产品都让人感到惊喜。
要知道,ATI当年正是被这种快招所击败的。
静观对手苦苦挣扎半年、最终开始强势反弹之际,AMD又从容进化到了第二代DX11,甚至有心情玩一把型号命名的戏法,强行给“Radeon HD 6700”提升了一个档次。
虽然说年底收官之作、堪称第三代的Radeon HD 6900遭遇了延期跳票、性能平平的挫折,但隐约之间我们可以看到,全新的核心架构正在铺开一条未来之路。
算力的分类及价值分析算力的字面意思,大家都懂,就是计算能力(Computing Power)。
所谓“计算”,我们可以有多种定义。
狭义的定义,是对数学问题进行运算的过程,例如完成“1+1=?”的过程,或者对“哥德巴赫猜想”进行推理的过程。
广义的定义,则更为宏观,凡是对信息进行处理并得到结果的过程,都可以称为“计算”。
很显然,狭义和广义定义的区别,主要是计算的内容不同。
而完成计算过程的能力,都可以称之为“算力”。
事实上,人类的思考,就是一个最常见的计算过程。
我们除了睡觉和发呆的时间之外,每时每刻都在进行着思考。
我们通过五官对外界信息进行观察、感知和收集。
然后,借助大脑,对这些信息进行处理(也就是思考)。
最后,得出结论,做出判断,并采取行动。
在这个过程中,大脑就是我们的算力工具。
而大脑的思考能力,就是算力。
大脑的思考速度越快,意味着算力越强。
计算是人类解决问题的一种方式。
在漫长的历史长河中,人类遇到过很多问题,都需要通过计算来解决。
这些计算任务,仅凭大脑这个“原生”算力工具,是无法完成的。
于是,人类发明了很多算力工具和方法,满足计算需求。
例如算盘、算筹、计算尺等。
20世纪40年代,在技术的不断积累下,电子计算机诞生,信息技术革命正式开启。
早期的计算机,其实就是一个大型计算器,主要用于军事领域的复杂计算任务(例如弹道计算)。
它的性能并不算强,而且体积和功耗巨大。
后来,晶体管被发明出来,取代了真空管,才逐渐解决了体积和功耗的问题。
1958年,集成电路问世,正式开创了芯片时代。
芯片里面拥有大量的电子元件(例如晶体管、电阻、电容等),可以执行运算指令。
近几十年以来,在摩尔定律的支配下,芯片上的晶体管数量不断增加,性能也不断提升。
在芯片能力的加持下,计算机变得越来越强大,体型也越来越小,最终催生了PC,以及繁荣的IT软硬件生态。
计算机开始走入家庭和行业,并最终成为人类最重要的算力工具。
我们将计算机应用于各个领域,用它来运行程序、解决问题、提升效率。
效劳器学习总结效劳器实质上是运算机的一种,它是在网络操作系统的操纵下为网络环境里的客户机提供共享资源的高性能运算机。
它的高性能要紧体此刻高速度的CPU 运算能力、长时刻的靠得住运行、壮大的I/O 外部数据吞吐能力等方面。
效劳器分类的标准有很多,比如依照处置器架构来分能够分为CISC效劳器、RISC构架效劳器和EPIC效劳器;依照处置器个数来分能够分为单路、双路和多路效劳器;依照效劳器的外形结构来分能够分为塔式效劳器、机架势效劳器和刀片效劳器;依照顾用级别来分类,能够分为入门级、工作组级、部门级和企业级效劳器;依照顾用功能来分文件效劳器、数据库效劳器、邮件效劳器、Web效劳器等。
1 效劳器硬件效劳器系统的硬件组成与通常的PC机有众多的相似的地方,要紧包括主板、处置器、内存、硬盘、I/O(Raid卡、网卡、HBA卡)、机箱(电源、风扇、背板)等。
与PC机相较,效劳器要求高靠得住性、高可用性、高可扩展性、高易用性和高可治理性,因此效劳器对硬件配置有特殊的要求。
主板:关于效劳器而言,稳固性是最首要的,效劳器必需承担常年累月高负荷的工作要求,而且不能像PC机一样随意的重起。
为提高靠得住性普遍的做法是采纳冗余技术,而这一切的支持都落在主板的肩上。
主板芯片组几乎决定着主板的全数功能,其中CPU的类型、主板的系统总线频率,内存类型、容量和性能,显卡插槽规格是由芯片组中的北桥芯片决定的。
而扩展槽的种类与数量、扩展接口的类型和数量(如USB2.0,串口,并口,VGA输出接口)等,是由芯片组的南桥决定的。
CPU:效劳器是网络中的重要设备,要同意少至几十人、多至成千上万人的同时访问,因此对效劳器具有大数据量的快速吞吐、超强的稳固性、长时刻运行等严格要求。
CPU是运算机的“大脑”,是衡量效劳器性能的首要指标。
目前,效劳器的CPU仍按CPU的指令系统来区分,通常分为CISC型CPU、RISC型CPU和64位的VLIM(Very Long Instruction Word超长指令集架构)指令系统的CPU。
透过天河一号看超级计算机技术 在 去年10月底,长沙举办的中国高性能计算学术年会上,国防科技大学研制的千万亿次超级计算机“天河一号”成为焦点,这是我国国内计算能力最高的超级计算 机,而且标志着我国超级计算机的研发能力成功实现了千万亿次计算的跨越。超级计算机不仅体现了一个国家战略性高技术的发展水平,也是与科技创新、国计民生 密切相关的重要基础设施。超级计算机的各种应用,实际上会以不同的方式影响到我们每个人,这些似乎遥不可及的超级计算机实际上离我们“非常近”。
你应该知道的超级计算机 目前各种超级计算机的高速处理能力基本上都是利用并行体系结构实现的,并行计算(Parallel Computing)已成为提高处理性能的关键技术之一。简单地讲,并行计算技术就是用同时运行的多个处理机或计算机来处理同一任务,从而大幅度提高任务 的处理速度、缩短了任务的处理时间。
超级计算机的五大形态 在超级计算机技术的发展历程中,先后出现过多种超级计算机并行体系结构,主要有如下5种。
●并行向量处理(Parallel Vector Processing,PVP)系统
并行向量处理结构 采用一定数量的、并行运行的向量处理器和共享式内存(Shared Memory,SM)结构的计算机系统。PVP系统的SM结构,也就是采用高带宽的交叉开关将各个向量处理器与其共享的内存模块连接。向量处理器 (Vector Processor)的一条指令能够同时对多个数据项(向量矩阵)执行运算,而一般的通用CPU属于标量处理器(Scalar Processor),每次只能对一个数据项进行处理。其代表机型有Cray XMP、Cray YNP、NEC SX2、我国的银河一号和二号等。 ●对称式多处理(Symmetric Multi Processing,SMP)系统 对称式多处理结构 采用一定数量、并行运行的微处理器和共享式内存(SM)结构的计算机系统,各处理器通过系统总线或交叉开关连接共享的内存模块,可“均等”或“对称”地共 享内存和其它系统资源并由同一操作系统管理,提高整个系统的数据处理能力,因此SMP属于“一致性内存访问”(Uniform Memory Access,UMA)方式,SMP的代表机型有IBM R50、SGI Power Challenge、Sun SPARC Center 2000、曙光一号等。
●分布式共享内存(DistributedShared Memory,DSM)系统
分布式共享内存结构 由一定数量的并行处理节点(Node)组成,每个节点都是一个相对完整的计算单元(配置有处理器和内存模块),各节点通过高速网络互连,系统由单一操作系 统管理,分布于各个节点的全部内存被统一编址,可由所有用户共享。与SMP不同,DSM对内存资源的共享是非对称的,因为每个节点访问本地内存与远程节点 内存时的延迟和带宽是不同的,故DSM系统属于“非一致性内存访问”(Non-Uniform Memory Access,NUMA)方式,其代表机型有SGI Origin 2000/3000、Sequent NUMA-Q、HP/Convex SPP 1600、银河三号和神威一号等。 ●大规模并行处理(Massive Parallel Processing,MPP)系统 大规模并行处理结构 由成百上千计算节点组成的并行处理计算机系统,每个计算节点配置一个或多个处理器,各个节点相对独立,有各自独立的内存模块和操作系统。MPP系统的特点 是可以获得很高的峰值运算速度,且由于系统的内存分布于各个节点,所以MPP属于“分布式内存”(Distributed Memory,DM)结构,具有易扩展性。MPP的易扩展性使其能够与SMP、DSM等结合,于是出现了SMP-MPP(各个MPP节点采用SMP并行多 处理机)和DSMMPP(各个节点采用DSM并行多处理机)等复合型超级计算机系统。MPP系统的代表机型主要有IBM SP2、Intel Paragon、CRAY T3E、曙光1000等。
●机群式超级计算机系统
机群式超级计算机结构 上世纪90年代中后期,随着Intel芯片等造价低廉的微型计算机组件的出现和网络技术的迅速发展,使采用普通微型机或工作站作为计算节点并采用高速网络 互连的并行计算系统成为了可能,超级计算机体系结构由此开始迈入工作站机群(Cluster of Workstations,COW)或工作站网络(Network of Workstations,NOW)时代。2000年以后,又出现了节点采用商用级处理器的机群系统(Cluster),以及采用SMP并行机作为计算节 点的SMP机群或星群(Constellation)。从内存访问方式上看, 机群系统采用了与MPP相同的分布式内存(DM)结构,因而具有很高的可扩展性。机群系统的代表机型有洛斯阿拉莫斯国家实验室的Avalon Cluster、ASCI Blue Mountain、深腾1800/6800和曙光2000/3000等。
当今主流:机群式超级计算机概况 机群式超级计算机系统具有结构灵活、通用性强、安全性高、易于扩展、高可用性和高性价比等诸多优点,所以目前新建的超级计算机大都使用这种结构,只不过在具体采用的节点机型、拓扑结构及互连技术会有所不同。
机群式系统的基本组成 高性能计算专业网站TOP500的全球超级计算机500强排名中,机群式系统所占比率连年上升,现已达到83%以上。机群是采用高速网络将大量的节点相互 连接起来的系统,每个机群节点都是一个配置有处理器、内存、I/O设备、网卡和操作系统的计算机,各个节点以协同方式并行完成计算任务。机群系统与MPP 一样,也是属于分布式内存结构,因而具有很强的可扩展性。具体而言,机群系统主要由节点计算机、高速互连网络、操作系统、单一系统映像等中间件、并行编程 环境和应用程序等部分组成。
●机群节点的计算机 机群节点可以灵活采用高性能的微型机、工作站或SMP并行机等,节点机处理器的处理性能是影响机群系统整体性能的一个最关键的因素。理论上节点机处理器的主频和浮点运算速度是决定机群计算速度的主要因素(见后面介绍的峰值速度计算公式)。
由于图形加速处理器(GPU)具有很强的浮点和向量(矩阵数组)计算能力,所以在机群中采用一定数量以GPU作为处理器的计算加速节点,将能提升机群的性 能,例如“天河一号”就采用GPU加速节点并提升了GPU的计算效率,实现了CPU与GPU融合的异构协同计算。
●机群的互联技术 机群系统一般可以采用高带宽的以太网、异步传输模式(ATM)、可扩展一致性接口(SCI)、QsNet、Myrinet和InfiniBand等网络技 术实现节点机的互连,其中千兆/万兆级以太网、Myrinet和InfiniBand使用比较广泛,尤其是后者InfiniBand互连技术也被称为“无 限带宽”InfiniBand最初由Mellanox公司提出,是一种基于输入输出总线的通用宽带互连技术,原本是为了解决因PCI等并行总线结构速度较 慢而导致的服务器CPU输入输出瓶颈问题,这种瓶颈制约了服务器与存储设备、网络节点、其它服务器之间的通信能力,但由于InfiniBand非常适合于 高性能计算系统,所以后来便成为一种广泛应用于超级计算机系统的开放性高速互连网络技术标准。
InfiniBand规范中定义了交换机、通道适配卡、线缆和子网管理器等标准设备,InfiniBand交换机在各个节点、各种设备之间建立点对点的串 行连接并进行流量控制,可有效避免数据流量的阻塞。基于交换方式的点对点的串行连接使InfiniBand网络具有极强的可扩展性,一个网络可有数千个子 网(Subnet)组成,每个子网有一个子网管理器、可支持上万个节点,这种子网架构实现了更有效的分散管理。 InfiniBand体系架构模型 InfiniBand采用串行双向数据传输方式,利用多路复用信号传输技术可实现并发的多通道数据传送,单个InfiniBand连接通道的线缆由4根信 号线组成、可达2.5GB/s的基本传输速率,通过增加信号线数目并将多个通道组合成一个端口,就能使传输带宽成倍增加,最新的4倍数据率 (QDR)InfiniBand已达到了10Gb/s的通道基本传输率,在1、4、12倍通道连接模式可使传输带宽分别达到10Gb/s、40Gb/s、 120Gb/s的传输带宽。目前,InfiniBand在超级计算机的应用日益广泛,例如2009 China HPC TOP 10排名中有5套超级计算机都采用了InfiniBand互连技术,包括排名前2位的“天河一号”和“曙光5000A”。
机群的软件系统 超级计算机除了具备非常强大的计算能力,对操作系统以及软件的要求也比较高。 ●节点机操作系统 操作系统为机群提供支持环境,决定了节点机之间的交互方式,应具备较强的适应性和稳定性,机群采用的操作系统主要有Linux、Sun Solaris UNIX和Windows NT等。其中,Linux因具有支持多种硬件平台、对系统资源的低占用率、开放代码、高安全性、稳定性和可靠性等诸多优点,特别是Linux提供了大量节 点并行计算系统所需的标准消息传递机制(如后面介绍的MPI等)和高性能网络支持,使其在越来越多的机群系统中被广为采用。
●SSI和HA等中间件 机群系统是由大量节点计算机组成的并行处理系统,但从机群用户和程序员的角度而言,最好能使结构复杂的机群像一台计算机一样便于使用和管理,具有单机式的 管理控制、单一的地址空间和单一的文件系统等特性,以有效降低用户操作和程序员编程的复杂度,即具有“单一系统映像”(Single System Image,SSI)特性。
SSI由相应的机群中间件实现,所谓的机群中间件(Middleware)是指在上层连接各个节点机的操作系统、实现对机群系统资源和网络通信等进行有效 控制和管理的软件系统或服务程序, 并且能提供便于用户管理和配置系统的图形化操作界面的接口。除了SSI之外,机群一般还有“高可用性”(High Availability,HA)管理等中间件,HA用来快速检测和排除机群系统的故障点,以确保系统能可靠地连续运行。
●并行编程环境 适用于机群、MPP等分布式内存结构的并行编程环境,通常可由“并行虚拟机”(Parallel Virtual Machine,PVM)或“消息传递接口”(Message Passing Interface,MPI)等来实现。利用PVM工具,可以把互连的各种计算机虚拟为一台并行机,从而为编程人员提供了一个便于管理和使用的编程环境, 而由PVM的编译库对程序进行转换,将程序的计算任务分解为若干子任务后合理分配到各个节点机进行并行处理。MPI是一种基于消息传递的并行计算规范,消 息(Message)一般包括数据、指令或其它各种控制信号等,MPI提供了一套消息传递库,基于消息传递的并行编程实际上就是通过调用MPI的消息传递 库函数实现节点机