高性能计算机和曙光集群系统

– SISD（Single-Instruction Single-Data） – SIMD（Single-Instruction Multi-Data） – MISD（Multi-Instruction Single-Data） – MIMD（Multi-Instruction Multi-Data）
• Cluster
– 每个节点都是一个完整的计算 机
– 各个节点通过高性能网络相互 连接
– 网络接口和I/O总线松耦合连 接
– 每个节点有完整的操作系统 – 曙光2000、 3000、4000,
ASCI Blue Mountain
UMA: NUMA:
访存模型
NORMA:
多处理机（单地址空间共享存储器） UMA: Uniform Memory Access NUMA: Nonuniform Memory Access
高性能计算机系统架构
➢ 并行向量机 ➢ SMP ➢ DSM（NUMA） ➢ MPP，节点可以是单处理器的节点，也可以是SMP，
DSM ➢ Cluster ➢ Constellation
高性能计算机的制造厂商
➢ Cray ➢ SGI ➢ IBM
➢ 曙光 ➢ 银河 ➢ 神威
并行计算机系统类型
➢ Flynn分类：
现代高性能计算机都属于MIMD。MIMD从结构上和访 存方式上，又可以分为：
– 结构模型：PVP, SMP, MPP, DSM, COW – 访存模型：UMA, NUMA, COMA, CC-NUMA, NORMA结构模型对称多处理机系统(SMP)
• SMP
– 对称式共享存储:任意处理器 可直接访问任意内存地址,且 访问延迟、带宽、机率都是等 价的; 系统是对称的；
– 与SMP的主要区别：DSM在物理上有 分布在各个节点的局部内存从而形 成一个共享的存储器；
– 微处理器: 16-128个,几百到千亿 次;
– 代表: SGI Origin 2000, Cray T3D;
大规模并行计算机系统(MPP)
• MPP
– 物理和逻辑上均是分布内存 – 能扩展至成百上千个处理器(
为什么要做高性能计算 ——应用需求
为什么要做高性能计算
➢ 人类对计算及性能的要求是无止境的
✓ 从系统的角度：集成系统资源，以满足不断增长的对 性能和功能的要求
✓ 从应用的角度：适当分解应用，以实现更大规模或更 细致的计算
➢ 问题: 科学和工程问题的数值模拟与仿真
✓ 计算密集 ✓ 数据密集 ✓ 网络密集 ✓ 三种混合
其发展历程可以简单的分为两个时代
➢ 专用时代
包括向量机，MPP系统，SGI NUMA 系统，SUN大型SMP系统，也包括我国的神 威，银河，曙光1000等。 之所以称为“专用”，并不是说它们只能运行某种应用，是指它们的组成部 件是专门设计的，它们的CPU板，内存板，I/O板，操作系统，甚至I/O系统， 都是不能在其它系统中使用的。由于技术上桌面系统与高端系统的巨大差异， 和用户群窄小。
高性能计算机和曙光机群系统
提纲
➢ 什么是高性能计算 ➢ 什么是高性能计算机 ➢ 集群系统
什么是高性能计算？
➢ 高性能计算
✓ HPC：High Performance Compute
➢ 高性能计算---并行计算
✓ 并行计算(Parallel Computing） ✓ 高端计算(High-end Parallel
– 微处理器: 一般少于64个; – 处理器不能太多, 总线和交叉
开关的一旦作成难于扩展； – 例子: IBM R50, SGI Power
Challenge, SUN Enterprise, 曙光一号;
分布式共享存储系统(DSM)
• DSM
– 分布共享存储: 内存模块物理上局 部于各个处理器内部,但逻辑上(用 户)是共享存储的; 这种结构也称 为基于Cache目录的非一致内存访 问(CC-NUMA)结构;局部与远程内存 访问的延迟和带宽不一致,3-10倍 高性能并行程序设计注意;
多计算机（多地址空间非共享存储器） NORMA: No-Remote Memory Access
➢ 普及时代
高性能计算机价格下降，应用门槛降低，应用开始普及。两个技术趋势起到 重要作用。 商品化趋势使得大量生产的商品部件接近了高性能计算机专有部件 标准化趋势使得这些部件之间能够集成一个系统中，其中X86处理器、以太网、 内存部件、Linux都起到决定性作用。 机群系统是高性能计算机的一种，它的技术基础和工业基础都是商品化和标 准化。
✓ SISD, SIMD, MIMD, MISD
➢ 结构模型：
✓ PVP, SMP, MPP, DSM, COW
➢ 访存模型：
✓ UMA, NUMA, COMA, CC-NUMA, NORMA
并行计算机分类
Flynn分类
Flynn(1972)提出指令流、数据流和多倍性概念，把不同的计算机分 为四大类：
Computing) ✓ 高性能计算(High Performance
Computing) ✓ 超级计算(Super Computing)
什么是高性能计算？
➢ 计算科学与传统的两种科学，即理论科学和实 验科学，并立被认为是人类认识自然的三大支 柱，他们彼此相辅相成地推动科学发展与社会 进步。在许多情况下，或者是理论模型复杂甚 至理论尚未建立，或者实验费用昂贵甚至无法 进行时，计算就成了求解问题的唯一或主要的 手段。
微处理器或向量处理器) – 采用高通信带宽和低延迟的互
联网络 (专门设计和定制的) – 一种异步的MIMD机器；程序系
由多个进程组成，每个都有其 私有地址空间，进程间采用传 递消息相互作用； – 代表:CRAY T3E(2048), ASCI Red(3072), IBM SP2, 曙光 1000
机群系统(Cluster)
提纲
➢ 高性能市场概要 ➢ 曙光和高性能计算机 ➢ 什么是高性能计算 ➢ 什么是高性能计算机 ➢ 集群系统
什么是高性能计算机？
由多个计算单元组成，运算速度快、存储容量大、 可靠性高的计算机系统。
也称为：巨型计算机、超级 计算机
目前任何高性能计算和超级 计算都离不开使用并行技术， 所以高性能计算机肯定是并 行计算机。