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中计报:政府、应用、体系三足方能鼎立HPC


http://www.sina.com.cn 2006年11月13日 14:53 中国计算机报

  马文方

  桂文庄认为,应该在更高层面上推进HPC。

  高性能计算(HPC)不仅在科学计算、仿真模拟中起着至关重要的基础支撑作用,而且对国民经济和社会生活发挥着日益广泛而深刻的影响。10月28~29日,成立一年多的中国计
算机学会高性能计算专业委员会举办了首届高性能计算年会——HPC China 2006。

  鉴于HPC先进国家的发展状况和我国HPC的发展现状,与会的专家学者表示,HPC的高速发展离不开国家长期而系统的推进,离不开应用与系统研发的互动,离不开HPC体系架构的创新。

  应建立国家级HPC推进机构

  近年来,我国HPC取得了长足的进步。根据TOP 500今年6月公布的最新统计,美国、英国、日本和中国部署的HPC数量分别以299、35、29、28分列TOP 500前4名。但由于英国部署的HPC都是由IBM、HP等美国厂商提供,因此,以HPC研发而论,继美、日之后,中国已经成为第三种力量。

  但是我们也应看到,我国自主研制的HPC目前在TOP 500榜上有名的只有3套。

  科学院高技术研究与发展局前任局长桂文庄在年会上谈到,今年2月7日,美国总统布什向国会提交的2007年财政预算中,用于研发的预算高达1372亿美元。而以“美国

竞争力计划”为由,联邦政府2007年将在物质科学和工程学基础研究方面的投入翻番。高端计算依旧是财政预算支持的重点,预算案同时还加大了对网络研究的支持力度,以确保大规模网络技术与快速发展的千兆(千万亿次)级计算系统的同步。

  桂文庄介绍说,HPC是提升美国国家竞争力手段之一。今年6月美国科学基金会投资两亿美元用于在2011年建立用于科学计算的千万亿次HPC。

  桂文庄认为,虽然科技部、自然科学基金委、中科院、教育部等部门都在积极研究和推进HPC,但鉴于我国的HPC数量不多、应用水平不高的现状和HPC国际竞争的激烈,建议在国家层面设立推进机构来协调和推进HPC的发展。

  此前,在中科院去年9月在上海超算中心举办的HPC战略研讨会上,18位两院院士和20多位专家建议成立国家级的高性能战略计算委员会来制定HPC具体发展的中长期计划并组织实施。

  要加大对算法研究

  HPC的强大计算能力在很大程度上改变了科学研究的方式。中科院物理所研究员方忠在报告中表示,HPC在物质模拟方面具有很高的准确性而且快速高效,比如在高能物理方面的计算,相对于试验设施和试验费用而言成本很低,而且模拟计算地球内部高温高压等。

  一些极端条件下,非HPC不可。方忠介绍了借助HPC在自旋霍耳效应上开创性的研究工作,此项研究将有可能应用在自旋电子学器件上,从而能够将现有的硅器件性能提高数倍,功耗同时下降数倍。

  方忠认为,在现代物理学研究中,HPC固然重要,但更重要的是要有算法,大规模科学计算能力=HPC+计算软件。

  北京应用物理与计算数学研究所所长朱少平介绍说,在计算激光与

等离子体相互作用时,要计算的粒子数高达1013。即使是对HPC性能需求巨大,朱少平还是强调,提高精确度要靠多专业联合研究,计算要与试验相结合。他给出的公式是:科学计算=电脑+人脑。所谓人脑指的是算法。

  朱少平报告的最后一张幻灯片填了一首诗:“理论峰值诚可贵,实际性能价更高。科学计算要做好,软硬件兼顾最重要。”他提醒大家要重视算法的研究。

  中国系统仿真学会理事长李伯虎则展示了HPC在仿真领域的广阔应用,同时也证明了算法的重要,因为任何仿真都是建立在特定的算法之上。

  重视算法的一个极端例子是,大连理工大学有关随机振动方面的新算法速度比传统算法提高2~4个数量级,从而将原本要在HPC上运行的应用,最终放到PC机上。

  目前,高端HPC还是定制化的专用产品,但随着HPC向通用化发展,专家们认为,未来我国会出现第三方的HPC通用软件公司。

  HPC新动向

  来自江南计算所的某专家认为,多核微处理器和面向领域的混合体系结构已成为HPC发展的趋势。建在东京技术研究所的TSUBAME(TOP 500第7名)采用的就是混合体系,除了使用10368个AMD双核Opteron外,360块加速卡为系统贡献了24%的性能,仅增加了1%的功耗。而IBM将在2008年完成的名为RoadRunner的1600万亿次HPC中,总共采用了16000个Opteron和Cell两种不同架构的处理器。

  该专家认为,从体系架构上看,将多种不同体系的大系统整合到一起将是系统级的趋势,在节点级则是采用FPGA(现场可编程门阵列)加速或者专用加速卡成为趋势,而多核则成为HPC必由之路。

  中科院计算所在会上披露了2007年将要问世的、面向服务器端的龙芯3号的性能。预计2007年至2008年,龙芯3号将具有8~16内核,主频为1GHz~1.5GHz,工艺为65纳米;而到了2009年至2010年,龙芯3号将具有32~64内核,主频达到1.5GHz~2GHz,采用45纳米工艺。

  越过2核和4核,龙芯3号直接冲击8内核。计算所在幻灯片上打下这样的字样:“设计方法正确:10核以上Intel要向我们靠拢。”

  “2008年曙光将推出百万亿次HPC曙光5000,2010年将推出千万亿次HPC曙光6000。”曙光公司研发中心总经理曾宇透露了曙光角逐千万亿次HPC的计划。他还表示,已经联合国内20多家HPC软硬件厂商和用户来制定HPC的标准,作为标准的第一步,将从刀片服务器入手。

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