超级计算机生存实录

　　夺取HPC的制高点

　　2004年11月超级计算国际会议（SC2004）召开前，美国和日本几家公司你追我赶，相继宣布研制成功速度最快的超级计算机HPC，从一个侧面反映了发达国家对超级计算的重视。最近，美国科学院、工程院等机构组织了十多名权威学者经多次研讨后，提交了一份长达227页的建议报告（Getting Up to Speed The Future of Supercomputing，以下简称《未来超级计算报告》），要求政府增加科研经费，进一步重视以定制技术为主的HPC研制。

　　HPC成为了一个国家夺取技术顶峰的标志。在这种情况下，我国的高端计算机研究又当如何？

　　4月4日第23期李国杰院士撰写的《条条大路通罗马》，分析了我国HPC的三个发展方向。

　　目前，我国计算所就提出HPC有三种类型，或者说有三种发展模式：一种是“核武器”模式，即追求最高计算性能，成本不作为主要考虑因素；第二种是“高科技武器”模式，即有重点的采用新技术，追求较高的性能价格比；第三种是“常规武器”模式，即国际上称为Beowulf的机群模式，采用商品化的部件，主要追求低成本。

　　超级计算机并不是终点，当我们把多台超级计算机集合在一起时，就可以组合更强大的超高扩展计算机。在5月16日第34期的《在飞秒时间步上与肉毒杆菌拼杀》文章中，为大家介绍了超高扩展计算机。

　　根据TOP500的报告，大约300台超级计算机的体系结构是所谓的集群系统。《NRC报告》指出：“对许多应用而言，集群技术帮助用户以PC机的消费去得到超级计算的性能。”对大多数用户来讲，“集群技术为以前使用定制矢量系统的用户实现了物有所值。”集群的成功使用，大大缩小了依靠政府资助来定制超级计算机的需求。而这种集群的超级计算机系统，就组成了超高扩展计算机。

　　尽管我们已经两次介绍了HPC，但由于前两次都涉及国家级的技术，并且主要讲了HPC有多么多么高的性能，这或多或少地给HPC带来了神秘的感觉。HPC的当前应用现况到底如何？它主要应用在那些领域中呢？其未来的发展又将如何？

　　本专题根据2004年11月发布的国际TOP500和中国高性能计算机TOP100排行榜的数据，对国内外高性能计算机的发展现状从性能、地理分布、制造商和行业等几个方面进行了深入分析和对比，并总结了高性能计算机发展的几个热点问题。在此基础上，根据三届排行榜积累的性能数据和能够得到的其他公开历史数据，对未来几年国内民用高性能计算的发展趋势进行了预测。

　　超级计算机生存实录

　　如今，超级计算机的现况如何？它的主要应用领域有哪些？哪些领域增长比较快速？国内高性能计算的普及情况如何？通过对比2002年和2003年两年的排行榜数据，我们能否对这些问题做出很好的回答呢？

　　TOP排行榜显威名

　　2002年之前，我国计算机尚未列入国际TOP500排行榜，之后，联想、曙光等企业则相继入围。

　　在国际上，自1993年起，每年都会按Linpack的测试性能公布在世界范围内已安装的前500台高性能计算机排行，此排行榜已经被国际公认，成为高性能计算机研制生产、市场发展和应用交流的重要参考。由于历史原因，我国的高性能计算机未曾向国际公布Linpack性能测试结果，故而在2002年之前尚未列入国际TOP500排行榜。在中国软件行业协会数学软件分会发布的首次中国高性能计算机排行榜的2002年，在中国TOP50排行榜中名列第一的联想深腾1800万亿次机群名列2002年世界TOP500第43名，结束了在世界TOP500排行榜没有国产高性能机器的历史。2003年，在中国TOP100排行榜中名列第一的联想深腾6800万亿次机群名列2003年世界TOP500第14名。2004年，在中国TOP100排行榜中名列第一的曙光4000A更是取得了6月份排行榜世界第十的历史性突破注。

　　为促进我国高性能计算事业与国际接轨，并了解我国高性能计算机资源的分布与应用情况，以推动国产高性能计算机的应用与产业化进程，中国软件行业协会数学软件分会就高性能计算机性能评测工作，经过与各方认真研讨以及充分的技术准备后，由数学软件分会下设的“高性能计算机评测专业组”具体实施评测业务，并在2002年和2003年连续公布了两届中国高性能计算机性能排行榜(中国TOP50和中国TOP100)。在2002年排行榜公布后，得到了社会各界的欢迎和肯定。

　　从国际上看，2004年正式发布的HPC Challenge Benchmark[12]就是向综合评价方式的探索，但采用这种多Benchmark评价方式的问题在于如何对测试结果进行综合，给出最终的排名。中国软件行业协会数学软件分会早在去年年底就由孙家昶理事长提出了收集和整理行业软件，进行面向特定行业的Benchmark软件包开发和评测的倡议，得到了大家的一致认可。在今年8月召开的南开高性能计算国际研讨会上，孙家昶理事长就这一想法和TOP500的发起人Jack Dongarra教授交换了意见，双方不谋而合，并就多个测试结果的综合评价等问题交换了意见。目前，尽管在真正实施过程中存在很多现实的困难，我们分会正以并行FFT为突破口，稳步推进这一工作。可喜的是，这一工作和中国TOP100排行榜的工作也在今年得到了国家863“高性能计算机及其核心软件”重大专项课题《高性能计算机性能测试技术及方法研究》的支持。

　　HPC行业市场应用分析

　　从中国TOP100具体的行业应用领域来看，2004年高性能计算主要分布在科学计算、电信、能源、金融保险、税务、工业、政府、大气气象、教育、生物信息和数据库等领域。从机器数量上，科学计算(27%，比2003年的28%和2002年的30%略有下降，保持第一名)、电信(20%，比2002年的8%和2003年的15%连续三年上升，从第三上升到第二)、金融保险(10%，比2003年的21%和2002年的22%大幅下降，从第二下降到第三)分列前三名；从机器Linpack性能上看，科学计算(49.93%，与2003年的50.97%持平，保持第一名)、能源(16.93%，比2003年的10.24%上升，从第三上升为第二)、电信(9.47%，闯入前三名)，而金融保险退出前三名。这说明目前的科学计算、金融保险、电信和能源是高性能计算的主要用户，与世界TOP500的分析结果基本一致。