超級(jí)計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀和開展趨勢(shì)課件

1、超級(jí)計(jì)算機(jī)現(xiàn)狀 與發(fā)展趨勢(shì) 目錄目錄w一一. .什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)w二二. .超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程回顧超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程回顧w三三.超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w四四.下一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)下一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)序序w 處于信息技術(shù)前沿的超級(jí)計(jì)算機(jī)一直是一個(gè)國家處于信息技術(shù)前沿的超級(jí)計(jì)算機(jī)一直是一個(gè)國家的重要戰(zhàn)略資源的重要戰(zhàn)略資源, ,對(duì)國家安全對(duì)國家安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有舉足輕重的意義有舉足輕重的意義. .超級(jí)計(jì)算超級(jí)計(jì)算(SUPERCOMPUTING ) (SUPERCOMPUTING ) 、高性能計(jì)算高性能計(jì)算( High ( High Performanc

2、e Computing, HPC )Performance Computing, HPC )的話題在近兩年來是的話題在近兩年來是一年比一年熱一年比一年熱, ,不僅是因?yàn)閲鴥?nèi)市場(chǎng)上曙光不僅是因?yàn)閲鴥?nèi)市場(chǎng)上曙光、聯(lián)想聯(lián)想、浪潮等企業(yè)加大了投入和市場(chǎng)宣傳浪潮等企業(yè)加大了投入和市場(chǎng)宣傳, ,使廣大用戶能使廣大用戶能有更多機(jī)會(huì)去了解這些深不可測(cè)的龐然大物有更多機(jī)會(huì)去了解這些深不可測(cè)的龐然大物; ;而從而從全球的發(fā)展趨勢(shì)中全球的發(fā)展趨勢(shì)中, ,高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)( (或超級(jí)計(jì)算或超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)系統(tǒng)) )角逐激烈角逐激烈, ,從萬億次從萬億次(Teraflops)(Teraflops)到十萬億次

3、到十萬億次, ,甚甚至到千萬億次至到千萬億次(peraflops),(peraflops),計(jì)算性能峰值的增長越來計(jì)算性能峰值的增長越來越快越快. .w 序序w 在傳統(tǒng)的氣象分析在傳統(tǒng)的氣象分析, ,石油勘探石油勘探、核實(shí)驗(yàn)?zāi)M核實(shí)驗(yàn)?zāi)M、蛋蛋白質(zhì)折疊等超級(jí)計(jì)算應(yīng)用之外白質(zhì)折疊等超級(jí)計(jì)算應(yīng)用之外, ,我們還看到與我們我們還看到與我們生活息息相關(guān)的高性能計(jì)算應(yīng)用生活息息相關(guān)的高性能計(jì)算應(yīng)用, ,包括汽車制造設(shè)包括汽車制造設(shè)計(jì)計(jì), ,電影動(dòng)畫模擬電影動(dòng)畫模擬, ,藥物研究及國家網(wǎng)格構(gòu)建藥物研究及國家網(wǎng)格構(gòu)建. .可毫不可毫不夸張地說夸張地說, ,我們每一個(gè)人都在享受著高性能計(jì)算的我們每一個(gè)人都在享

4、受著高性能計(jì)算的直接或間接的服務(wù)直接或間接的服務(wù)一、什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)一、什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)w 根據(jù)美國能源部勞倫斯根據(jù)美國能源部勞倫斯. .伯克利國家實(shí)驗(yàn)室伯克利國家實(shí)驗(yàn)室對(duì)對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)(HPC)(HPC)的定義的定義: :w HPCHPC是由是由8 8個(gè)或更多的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)組成，作個(gè)或更多的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)組成，作為單個(gè)高性能機(jī)器工作的集群。為單個(gè)高性能機(jī)器工作的集群。w 通俗地講，通俗地講，超級(jí)計(jì)算機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)就是能夠進(jìn)行大規(guī)就是能夠進(jìn)行大規(guī)模超速運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。模超速運(yùn)算的計(jì)算機(jī)。二二.超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程回顧超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程回顧“巨型機(jī)之父巨型機(jī)之父”西蒙西蒙.克雷克雷w 從真正意義

5、上來說，研制出符合超級(jí)計(jì)算機(jī)定義從真正意義上來說，研制出符合超級(jí)計(jì)算機(jī)定義產(chǎn)品的人應(yīng)是產(chǎn)品的人應(yīng)是西蒙西蒙. .克雷（克雷（S.Cray)S.Cray)博士博士, ,此人后來被此人后來被西方稱為西方稱為”巨型機(jī)之父巨型機(jī)之父”.1963年年,他研制出世界上他研制出世界上第一臺(tái)巨型機(jī)第一臺(tái)巨型機(jī)CDC6600,該共安裝了該共安裝了35萬個(gè)晶體管萬個(gè)晶體管,運(yùn)算速度為運(yùn)算速度為1MFLOPS.w 在這以后在這以后,巨型機(jī)走過了五代巨型機(jī)走過了五代,即即單芯片系統(tǒng)單芯片系統(tǒng)、向量向量處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)、大規(guī)模并行處理大規(guī)模并行處理(MPP)(MPP)體系體系、共享內(nèi)存共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)和機(jī)群系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和機(jī)群系

6、統(tǒng)(CLUSTER).(CLUSTER). 超級(jí)計(jì)算機(jī)的日漸火超級(jí)計(jì)算機(jī)的日漸火爆也吸引了軟件巨頭微軟爆也吸引了軟件巨頭微軟. . 最近微軟件表示他也要最近微軟件表示他也要涉足涉足HPCHPC領(lǐng)域領(lǐng)域, ,已獨(dú)立成立了已獨(dú)立成立了“高性能計(jì)算高性能計(jì)算”部門部門, ,并計(jì)劃針對(duì)并計(jì)劃針對(duì)HPCHPC開發(fā)一款開發(fā)一款”Windows Server HPC Windows Server HPC Edition”Edition”的新版本操作系統(tǒng)的新版本操作系統(tǒng). .超級(jí)計(jì)算機(jī)的五代超級(jí)計(jì)算機(jī)的五代結(jié)構(gòu)典型代表第一代單芯片系統(tǒng)CDC7600,IBM360第二代向量處理系統(tǒng)Cray XMP,Cray Y

7、NP,NEC SX2和我國的銀河一號(hào),銀行二號(hào)第三代大規(guī)模并行處理(MPP)體系IBM SP2,Intel Paragon和我國的曙光2000,3000等第四代共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)SUN E10000/15000,SGI Origin 2000/3000和我國的銀河三號(hào),神威一號(hào)等第五代機(jī)群系統(tǒng)(CLUSTER)國外的”雷鳴”.”閃電”,”紅色風(fēng)暴”和國內(nèi)的曙光4000系列,聯(lián)想1800/6800,浪潮天梭TS10000,巨星10000等.馮馮. .諾依曼體系超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)圖諾依曼體系超級(jí)計(jì)算機(jī)架構(gòu)圖PMPPPPPPPPPMPPPPMPPPPSystem Area NetworkMMMM單處理器架構(gòu)單

8、處理器架構(gòu)向量處理器架構(gòu)向量處理器架構(gòu)共享內(nèi)存多處理器架構(gòu)共享內(nèi)存多處理器架構(gòu)分布內(nèi)存多處理器架構(gòu)分布內(nèi)存多處理器架構(gòu)關(guān)于機(jī)群關(guān)于機(jī)群(CLUSTER)架構(gòu)架構(gòu)w 根據(jù)根據(jù)TOP500TOP500官方網(wǎng)站的資料統(tǒng)計(jì)官方網(wǎng)站的資料統(tǒng)計(jì), ,在榮登在榮登榜名的系統(tǒng)中榜名的系統(tǒng)中, ,有有320320套使用套使用INTELINTEL的處理的處理器器,54,54套使用套使用IBM POWERIBM POWER處理器處理器,48,48套采用套采用HP PA-RISC, HP PA-RISC, 采用采用AMDAMD處理器的有處理器的有3131套套. .w 在在TOP500TOP500中中, ,有有2962

9、96套系統(tǒng)采用了機(jī)群系套系統(tǒng)采用了機(jī)群系統(tǒng)統(tǒng). .占了占了49.8%.49.8%.在前在前1010名的系統(tǒng)中名的系統(tǒng)中, ,機(jī)群系統(tǒng)機(jī)群系統(tǒng)占了占了7 7個(gè)個(gè). .w 機(jī)群系統(tǒng)采用機(jī)群系統(tǒng)采用普通商業(yè)芯片和內(nèi)連技術(shù)普通商業(yè)芯片和內(nèi)連技術(shù). .關(guān)于機(jī)群關(guān)于機(jī)群(CLUSTER)架構(gòu)架構(gòu)w 機(jī)群架構(gòu)脫胎于早年的大規(guī)模并行處理機(jī)群架構(gòu)脫胎于早年的大規(guī)模并行處理(MPP, (MPP, Massive Parallel Processing ).Massive Parallel Processing ).它大受青睞的原因是其它大受青睞的原因是其經(jīng)濟(jì)性和公開性經(jīng)濟(jì)性和公開性, ,與與MPPMPP不同之處是

10、不同之處是, ,它一般采用廉它一般采用廉價(jià)的普通服務(wù)器為運(yùn)算節(jié)點(diǎn)價(jià)的普通服務(wù)器為運(yùn)算節(jié)點(diǎn), ,小規(guī)模的系統(tǒng)一般用小規(guī)模的系統(tǒng)一般用以太網(wǎng)內(nèi)連以太網(wǎng)內(nèi)連, ,外加免費(fèi)公開的操作系統(tǒng)外加免費(fèi)公開的操作系統(tǒng)LIUNXLIUNX和并和并行編程接口行編程接口MPI. MPI. 使超級(jí)計(jì)算機(jī)的造價(jià)告別了天文使超級(jí)計(jì)算機(jī)的造價(jià)告別了天文數(shù)字?jǐn)?shù)字, ,應(yīng)用足跡也能涉足千家萬戶應(yīng)用足跡也能涉足千家萬戶. .w 但因機(jī)群系統(tǒng)大量使用但因機(jī)群系統(tǒng)大量使用IAIA服務(wù)器服務(wù)器, ,隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加增加, ,其耗能和散熱問題嚴(yán)重其耗能和散熱問題嚴(yán)重, ,可管性和可用性和可可管性和可用性和可持續(xù)運(yùn)算能力大大降

11、低持續(xù)運(yùn)算能力大大降低. .按目前技術(shù)水平按目前技術(shù)水平, ,很難做到很難做到一萬個(gè)節(jié)點(diǎn)以上一萬個(gè)節(jié)點(diǎn)以上. .聯(lián)想聯(lián)想“深騰深騰6800”超級(jí)計(jì)算機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)聯(lián)想聯(lián)想“深騰深騰6800”超級(jí)計(jì)算機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)w 是國家是國家“863”高科技計(jì)劃設(shè)立的高科技計(jì)劃設(shè)立的“高性能計(jì)算機(jī)高性能計(jì)算機(jī)及核心軟件及核心軟件”重大專項(xiàng)中重大專項(xiàng)中“面向網(wǎng)格的高性能計(jì)面向網(wǎng)格的高性能計(jì)算機(jī)算機(jī)”課題項(xiàng)目課題項(xiàng)目,于于2003年年11月研制成功月研制成功,名列第名列第22屆屆TOP排列榜的第排列榜的第14名名.它包括它包括256個(gè)四路結(jié)點(diǎn)機(jī)個(gè)四路結(jié)點(diǎn)機(jī), 1060個(gè)主頻為個(gè)主頻為1.3G的安騰的安騰2處理器芯片

12、處理器芯片,內(nèi)存總?cè)輧?nèi)存總?cè)萘苛?.6TB,磁盤容量磁盤容量80TB.其高速網(wǎng)絡(luò)是其高速網(wǎng)絡(luò)是Quadrics公公司的產(chǎn)品司的產(chǎn)品QsNet,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信帶寬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信帶寬300MB,峰值浮運(yùn)峰值浮運(yùn)算速度算速度5.324萬億次萬億次.w 聯(lián)想聯(lián)想“深騰深騰6800”6800”超級(jí)計(jì)算機(jī)已成功用于天氣預(yù)超級(jí)計(jì)算機(jī)已成功用于天氣預(yù)報(bào)報(bào), ,石油地震資料處理石油地震資料處理, ,核能開發(fā)應(yīng)用核能開發(fā)應(yīng)用, ,計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算流體力學(xué), ,基因與蛋白分析和材料科學(xué)等基因與蛋白分析和材料科學(xué)等2020多項(xiàng)應(yīng)用多項(xiàng)應(yīng)用. .全球超級(jí)計(jì)算機(jī)全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)前強(qiáng)前14名排名名排名w 排名 安放地點(diǎn) 超級(jí)

13、計(jì)算機(jī) / 制造公司w 1 日本NEC公司 地球模擬器,65萬億次/秒w 2 美Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室 ASCI Q-AlphaServer(惠普)w 3 美維吉尼亞理工大學(xué) X(維吉尼亞理工大學(xué))w 4 美國家超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用中心 Tungsten(戴爾)w 5 美西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室 Mpp2(惠普)w 6 美Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室 Lightning(Linux NetworX)w 7 美勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室 MCR LinuxCluster Xeon 2.4GHzw 8 美勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室 ASCI White(IBM)w 9 美能源部超級(jí)計(jì)算中心 Seabo

14、rg(IBM)w 10 美勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室 XseriesClusterXeon 2.4GHZ(IBM)w 11 日本宇宙航空研究實(shí)驗(yàn)室 PRIMEPOWER(富士通)w 12 美匹茲堡超級(jí)運(yùn)算中心 AlphaServer SC46 (惠普)w 13 美國國家大氣研究中心 Pseries 690 Turbo 1.3GHz(IBM)w 14 中國科學(xué)院 深騰6800(聯(lián)想),4萬億次/秒(2003.11)詳見詳見TOP100和和TOP500w 從從19921992年開始年開始, ,美國在杰克美國在杰克. .唐加拉唐加拉(Jack Dongarra)(Jack Dongarra)教教授等人

15、的發(fā)起下授等人的發(fā)起下, ,開始用開始用LinkpackLinkpack線性代數(shù)方程包線性代數(shù)方程包對(duì)對(duì)各種超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能進(jìn)行測(cè)試各種超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能進(jìn)行測(cè)試, ,并將測(cè)試結(jié)果按并將測(cè)試結(jié)果按速率大小排名速率大小排名, ,這就形成了全球這就形成了全球TOP500TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)超級(jí)計(jì)算機(jī)的排名的排名, ,每半年排一次每半年排一次, ,分別于當(dāng)年分別于當(dāng)年6 6月的德國和月的德國和1111月月在美國舉行的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上發(fā)布在美國舉行的全球超級(jí)計(jì)算大會(huì)上發(fā)布. .w 我國從我國從20022002年起年起, ,在孫家昶教授帶領(lǐng)下在孫家昶教授帶領(lǐng)下, ,也開始了每也開始了每年一度對(duì)中國的年

16、一度對(duì)中國的TOP50,TOP100TOP50,TOP100高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行排名進(jìn)行排名, ,也用也用LinkpackLinkpack實(shí)測(cè)值為依據(jù)進(jìn)行排名實(shí)測(cè)值為依據(jù)進(jìn)行排名. .用用注注:Linkpack:Linkpack是廣泛使用的測(cè)試超級(jí)計(jì)算機(jī)綜合性能是廣泛使用的測(cè)試超級(jí)計(jì)算機(jī)綜合性能的基準(zhǔn)程序的基準(zhǔn)程序, ,主要是解一個(gè)主要是解一個(gè)N N元元N N次的線性代數(shù)方程次的線性代數(shù)方程組組, ,它的計(jì)算主要集中在它的計(jì)算主要集中在CPUCPU的處理上的處理上. .排名世界第十的曙光排名世界第十的曙光4000Aw 20042004年年1111月月, ,世界排名第十的曙光世界

17、排名第十的曙光4000A4000A在上海啟在上海啟用用, ,運(yùn)算速度高達(dá)運(yùn)算速度高達(dá)1010萬億次萬億次/ /秒秒. .該機(jī)屬集群式超級(jí)該機(jī)屬集群式超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī), ,是由是由AMDAMD公司與曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司聯(lián)公司與曙光信息產(chǎn)業(yè)有限公司聯(lián)合開發(fā)合開發(fā), ,它采用超過它采用超過20002000顆顆6464位的位的AMD Opteron AMD Opteron 800800系列處理器系列處理器, ,運(yùn)算速度高達(dá)運(yùn)算速度高達(dá)1010萬億次萬億次/ /秒秒, ,內(nèi)存內(nèi)存容量超過容量超過2TB,2TB,內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)速度將超過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)速度將超過2Gb/s,2Gb/s,機(jī)器的機(jī)器的規(guī)模面積達(dá)四分之一足球

18、場(chǎng)大小規(guī)模面積達(dá)四分之一足球場(chǎng)大小. .曙光曙光4000Aw 曙光是中國超級(jí)計(jì)算機(jī)的鼻祖曙光是中國超級(jí)計(jì)算機(jī)的鼻祖. .是中科院計(jì)算所國是中科院計(jì)算所國家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心與曙光公司聯(lián)合開發(fā)家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心與曙光公司聯(lián)合開發(fā)的的. .面向網(wǎng)格的超級(jí)計(jì)算機(jī)項(xiàng)目面向網(wǎng)格的超級(jí)計(jì)算機(jī)項(xiàng)目. .首先面世的首先面世的4000L4000L由由4040個(gè)機(jī)柜組成個(gè)機(jī)柜組成,644,644個(gè)個(gè)CPU,CPU,峰值浮運(yùn)算速度峰值浮運(yùn)算速度3萬億萬億次次/秒秒,644GB內(nèi)存內(nèi)存,100TB磁盤磁盤.w 去年去年6 6月月, ,世界排名第十的曙光世界排名第十的曙光4000A4000A在上海啟用在上海啟

19、用, ,運(yùn)算速度高達(dá)運(yùn)算速度高達(dá)1010萬億次萬億次/ /秒秒. .目前已成功運(yùn)行證券目前已成功運(yùn)行證券指數(shù)計(jì)算指數(shù)計(jì)算, ,電力安全評(píng)估電力安全評(píng)估, ,建筑工程抗震性評(píng)估和建筑工程抗震性評(píng)估和汽車碰撞等領(lǐng)域的汽車碰撞等領(lǐng)域的2020多項(xiàng)應(yīng)用多項(xiàng)應(yīng)用. .應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域臺(tái)數(shù)臺(tái)數(shù)份額份額RMAX(GF/S) RPEAK(GF/S) 處理器數(shù)處理器數(shù)科學(xué)計(jì)算2929%10240.1815020.764912金融保險(xiǎn)2121%2383.983671.31168電信16162097.893671.31012能源772250.545810.481232工業(yè)77759.521139.4400生物信息3

20、31112.31724.88356中國中國TOP100應(yīng)用領(lǐng)域分布應(yīng)用領(lǐng)域分布(信息來源信息來源:中國軟件行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)學(xué)軟件分會(huì)中國軟件行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)學(xué)軟件分會(huì))氣象22155.5265.650三三.超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w 目前對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)需求飛速增長的行業(yè)主要是在生物信目前對(duì)于超級(jí)計(jì)算機(jī)需求飛速增長的行業(yè)主要是在生物信息學(xué)方面息學(xué)方面.傳統(tǒng)行業(yè)傳統(tǒng)行業(yè),如能源如能源(石油石油,核技術(shù)核技術(shù)) 、空氣動(dòng)力學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)、戰(zhàn)戰(zhàn)略武器的研發(fā)方面仍有較強(qiáng)的需求略武器的研發(fā)方面仍有較強(qiáng)的需求.w 1.超級(jí)計(jì)算機(jī)在航天飛行器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)在航天飛行器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 (1)科學(xué)計(jì)算科學(xué)計(jì)算:要

21、完成目前風(fēng)洞試驗(yàn)無法進(jìn)行的課題要完成目前風(fēng)洞試驗(yàn)無法進(jìn)行的課題.如風(fēng)洞如風(fēng)洞試驗(yàn)的馬赫數(shù)比實(shí)際飛行的低試驗(yàn)的馬赫數(shù)比實(shí)際飛行的低,就要靠數(shù)值方法來補(bǔ)推就要靠數(shù)值方法來補(bǔ)推,還有還有上百成千個(gè)彈道計(jì)算也要全靠計(jì)算機(jī)完成上百成千個(gè)彈道計(jì)算也要全靠計(jì)算機(jī)完成. (2)數(shù)據(jù)庫建設(shè)數(shù)據(jù)庫建設(shè):用于改進(jìn)設(shè)計(jì)的定量分析和新飛行器的定量用于改進(jìn)設(shè)計(jì)的定量分析和新飛行器的定量分析分析,大大縮短飛行器的設(shè)計(jì)周期大大縮短飛行器的設(shè)計(jì)周期,減少風(fēng)洞試驗(yàn)次數(shù)減少風(fēng)洞試驗(yàn)次數(shù). (3)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì):如波音如波音757飛機(jī)飛機(jī),幾乎所有的空氣動(dòng)力方幾乎所有的空氣動(dòng)力方面的設(shè)計(jì)都用計(jì)算機(jī)面的設(shè)計(jì)都用計(jì)算機(jī).

22、(4)計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真:用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際飛行和對(duì)抗用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)際飛行和對(duì)抗.據(jù)權(quán)威人士據(jù)權(quán)威人士介紹介紹,要用計(jì)算機(jī)代替風(fēng)洞進(jìn)行數(shù)值模擬要用計(jì)算機(jī)代替風(fēng)洞進(jìn)行數(shù)值模擬,需要具有需要具有1000MB的內(nèi)存容量的內(nèi)存容量,10101011次次/秒的計(jì)算機(jī)秒的計(jì)算機(jī). 三三.超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w 2.在地震勘探中的應(yīng)用在地震勘探中的應(yīng)用w (1)地震勘探地震勘探:地球物理勘探是對(duì)地下作間接的測(cè)量地球物理勘探是對(duì)地下作間接的測(cè)量,弄清地質(zhì)構(gòu)造弄清地質(zhì)構(gòu)造,尋找碳?xì)浠衔飳ふ姨細(xì)浠衔?在地震勘探中在地震勘探中,用可用可控方法產(chǎn)生彈性波場(chǎng)控方法產(chǎn)生彈性波場(chǎng)(可近似看作為聲波可近似看作

23、為聲波),傳入地傳入地下下,因地下介質(zhì)的非均勻性因地下介質(zhì)的非均勻性,被散射到地面檢波器陣被散射到地面檢波器陣列列,記錄在磁帶上記錄在磁帶上.地面檢波器陣列一般有地面檢波器陣列一般有481024個(gè)檢波器個(gè)檢波器,每個(gè)檢波器每每個(gè)檢波器每12毫秒記錄一個(gè)采樣點(diǎn)毫秒記錄一個(gè)采樣點(diǎn),每個(gè)樣點(diǎn)每個(gè)樣點(diǎn)16位位,記錄時(shí)間長度為記錄時(shí)間長度為315秒秒,因此因此,每個(gè)記每個(gè)記錄長度達(dá)錄長度達(dá)24萬萬7200萬字節(jié)萬字節(jié).w (2)地震數(shù)據(jù)處理地震數(shù)據(jù)處理:是一個(gè)十分復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程是一個(gè)十分復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程,一般地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)均包含一般地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)均包含200300個(gè)應(yīng)用程序個(gè)應(yīng)用程序,每個(gè)應(yīng)用

24、程序包含幾千行至幾萬行每個(gè)應(yīng)用程序包含幾千行至幾萬行FORTRAN源源語句語句,計(jì)算量很大計(jì)算量很大.三三.超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w (3)向量處理向量處理:地球物理中地球物理中,許多算法可向量化許多算法可向量化.w (4)并行處理并行處理:w (5)輸入輸入/出出:用于地震數(shù)據(jù)的匯集用于地震數(shù)據(jù)的匯集,處理和存儲(chǔ)處理和存儲(chǔ).w 下面幾個(gè)領(lǐng)域下面幾個(gè)領(lǐng)域,只有超級(jí)計(jì)算機(jī)才能勝任只有超級(jí)計(jì)算機(jī)才能勝任:w 交互地震處理交互地震處理w 三維地震處理三維地震處理w 迭前三維偏移迭前三維偏移w 彈性波模型彈性波模型三三.超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w 3. 3.在油藏?cái)?shù)值模擬中的應(yīng)用在油

25、藏?cái)?shù)值模擬中的應(yīng)用w 油藏?cái)?shù)值模擬是根據(jù)達(dá)西定律和物質(zhì)守恒定律原油藏?cái)?shù)值模擬是根據(jù)達(dá)西定律和物質(zhì)守恒定律原理把復(fù)雜的物理現(xiàn)象抽象成數(shù)學(xué)問題理把復(fù)雜的物理現(xiàn)象抽象成數(shù)學(xué)問題, ,然后求該數(shù)然后求該數(shù)學(xué)問題的解學(xué)問題的解, ,以便定量地研究不同巖石和不同油以便定量地研究不同巖石和不同油、氣氣流，在不同開采方式下，油流，在不同開采方式下，油、氣氣、水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。w 油藏?cái)?shù)值模擬的數(shù)學(xué)問題是一個(gè)偏微分方程組油藏?cái)?shù)值模擬的數(shù)學(xué)問題是一個(gè)偏微分方程組, ,解解偏微分方程組大多用有限差分法進(jìn)行離散化偏微分方程組大多用有限差分法進(jìn)行離散化, ,然后然后解非線性的代數(shù)方程組解非線性的代數(shù)方程組,

26、,這需內(nèi)存容量大這需內(nèi)存容量大, ,運(yùn)算速度運(yùn)算速度快的計(jì)算機(jī)快的計(jì)算機(jī). .在油藏?cái)?shù)值模擬軟件中大量使用線性在油藏?cái)?shù)值模擬軟件中大量使用線性和非線性的插值技術(shù)和非線性的插值技術(shù), ,當(dāng)這段程序向量化后當(dāng)這段程序向量化后, ,處理效處理效率可大大提高率可大大提高. .三三.超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w 在油藏?cái)?shù)值模擬軟件中在油藏?cái)?shù)值模擬軟件中, ,另一個(gè)問題是解大型稀疏另一個(gè)問題是解大型稀疏線性方程組線性方程組, ,約占整個(gè)運(yùn)算時(shí)間的約占整個(gè)運(yùn)算時(shí)間的6080%,6080%,這部分程這部分程序經(jīng)向量化后序經(jīng)向量化后, ,也大大提高了軟件的處理效率也大大提高了軟件的處理效率. .三三.超級(jí)

27、計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w 4. 4.在石油勘探中的應(yīng)用在石油勘探中的應(yīng)用w 中國大慶油田有限責(zé)任公司每年能開采大約中國大慶油田有限責(zé)任公司每年能開采大約50005000萬噸原油萬噸原油, ,是全球領(lǐng)先的石油和天然氣生產(chǎn)商之是全球領(lǐng)先的石油和天然氣生產(chǎn)商之一一.2002.2002年大慶在石油和天然氣探測(cè)方面投入年大慶在石油和天然氣探測(cè)方面投入1.81.8億億美元美元. .公司采用了公司采用了129129臺(tái)基于英特爾至強(qiáng)臺(tái)基于英特爾至強(qiáng)(XEON)(XEON)處處理器的雙路聯(lián)想系統(tǒng)理器的雙路聯(lián)想系統(tǒng)., .,配置了配置了paradigparadig公司的先進(jìn)軟公司的先進(jìn)軟件件. .大慶預(yù)計(jì)與

28、專有超級(jí)計(jì)算機(jī)解決方案相比可節(jié)大慶預(yù)計(jì)與專有超級(jí)計(jì)算機(jī)解決方案相比可節(jié)省省70%70%的成本的成本.2002.2002年年, ,在中國黑龍江省發(fā)現(xiàn)了擁有在中國黑龍江省發(fā)現(xiàn)了擁有300300億立方米的天然氣儲(chǔ)量億立方米的天然氣儲(chǔ)量. .三三.超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用w 5. 5.在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用w 當(dāng)代衡量一個(gè)國家氣象業(yè)務(wù)發(fā)展水平當(dāng)代衡量一個(gè)國家氣象業(yè)務(wù)發(fā)展水平, ,從設(shè)備上主從設(shè)備上主要看兩項(xiàng)要看兩項(xiàng): :巨型計(jì)算機(jī)和氣象衛(wèi)星巨型計(jì)算機(jī)和氣象衛(wèi)星. .w 現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)是在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來的現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)是在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來的, ,最初是天氣圖的主觀預(yù)報(bào)

29、最初是天氣圖的主觀預(yù)報(bào), ,從上世紀(jì)從上世紀(jì)5050年代開始年代開始, ,出出現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)制作現(xiàn)了用計(jì)算機(jī)制作數(shù)值天氣預(yù)報(bào)數(shù)值天氣預(yù)報(bào). .現(xiàn)被公認(rèn)為最好現(xiàn)被公認(rèn)為最好的天氣預(yù)報(bào)方法的天氣預(yù)報(bào)方法. .早期計(jì)算機(jī)只能做短期早期計(jì)算機(jī)只能做短期(3 (3天天) )預(yù)報(bào)預(yù)報(bào), ,目前用超級(jí)計(jì)算機(jī)可做中期目前用超級(jí)計(jì)算機(jī)可做中期(3 (3天天22周周) )的天氣預(yù)報(bào)的天氣預(yù)報(bào). .w (1)(1)中期天氣預(yù)報(bào)的數(shù)學(xué)模型中期天氣預(yù)報(bào)的數(shù)學(xué)模型: :w 根據(jù)初始時(shí)刻的大氣狀態(tài)根據(jù)初始時(shí)刻的大氣狀態(tài), ,即三維的運(yùn)動(dòng)速度即三維的運(yùn)動(dòng)速度u,v,wu,v,w和大氣溫度和大氣溫度T T、水汽水汽q q及大氣密度及大氣密度,求解下列微分方求解下列微分方程組程組: :w u u u u w t x y p xw u u u u w t x y p yw u u u w x y p pw dT ART dpw dt p dtw dqw dt+u+v+wfv=+Fxuv+w+fu=+Fy