超级计算机现状和我国发展规划
我国超级计算机的现状与将来
我国超级计算机的现状与将来
时至今日，超级计算机成为科学研究的重要工具，也已经成为当今科技发达国家的重要标志之一、毋庸置疑，超级计算机在科学研究中的重要性自不待言。
我国的超级计算机发展历程可以追溯到50年代末的953、自此以后，我国的超级计算机发展步伐逐渐加快，一系列新的超级计算机产品被开发出来，其中包括理论计算机、综合计算机、分布式计算机等。
目前，我国的超级计算机发展状况可谓是飞跃进步，在世界超级计算机排行榜中也取得了卓越的成绩。
据科学网 2024 年度超级计算机排行榜显示，我国超级计算机的总数量已超过 200 台，其中包括天河二号（拥有 93 万核心）、超算 18 号阵列计算机（拥有 8 万多核心）等，占据全球 Top500 排行榜前三，与美国、日本等国家并驾齐驱。
而在科学计算能力方面，我国超级计算机更是居于世界第一、如天河二号，其科学计算能力达到 1740 运算兆瓦，超过世界上任何其他超级计算机。
展望未来，我国将在超级计算机领域继续发挥其引领性作用，着力发展高性能超级计算机，以注入智能制造、新型数字技术和普及高效计算等科技的新动力。
国内超算发展现状及未来趋势分析
国内超算发展现状及未来趋势分析近年来，中国在超级计算机领域取得了巨大的进步，成为全球超算领域的重要参与者和领导者。
本文将对国内超算的发展现状进行分析，并展望未来的趋势。
一、国内超算发展现状1.巨大的超算产业规模：中国拥有世界上最多的超级计算机，数量占全球超算总数的40%以上。
中国超算产业规模庞大，包括超级计算机研发、制造、应用和运营等方面。
2.领先的超算技术实力：中国的超算技术实力位居全球前列，特别是在处理核心芯片、高速互连、操作系统和应用软件等方面取得了重要突破。
目前，中国自主研发的超级计算机已经跻身世界超算500强榜单的前列。
3.广泛的超算应用领域：中国的超级计算机广泛应用于气象、地震、大气污染预测、材料科学、生物医学、能源研究等领域。
超级计算机在科学研究、工程设计、决策支持等方面发挥着不可替代的作用。
4.强大的超算人才队伍：中国拥有一支庞大而强大的超算人才队伍，包括计算机科学家、工程师、应用专家等。
这些人才为超算领域的创新和科技进步提供了坚实的支持。
二、未来趋势分析1.智能化与超算的结合：未来，中国超算发展将与人工智能、大数据等前沿技术相结合。
超级计算机将通过深度学习和机器学习等算法，为各行各业提供更精确、高效的解决方案，推动产业升级和科技创新。
2.持续提升超算性能：随着技术的不断进步和创新，超级计算机的计算性能将不断提升。
未来数年内，中国将继续研发更高性能的超级计算机，以满足科学研究和工程计算的不断增长需求。
3.突破制约因素：尽管中国在超算领域取得了重要突破，但仍面临一些制约因素，如核心芯片、操作系统等领域的瓶颈。
未来，中国将继续加大研发投入，加强自主创新，突破这些制约因素，提升超算产业的核心竞争力。
4.国际合作与交流：超算领域需要全球各国合作，共同推动超算技术的发展和创新。
中国将积极加强与国际超算研究机构的合作与交流，共享资源和经验，推动超算领域的全球合作。
5.超算产业化与应用拓展：未来，中国超算产业将进一步向产业化和市场化方向发展，实现超级计算机的大规模应用和商业化运营。
超级计算机的现状、应用及展望
超级计算机的现状、应用及展望超级计算机的现状、应用及展望摘要：超级计算机是一个国家科研实力的体现，它对国家安全，经济和社会发展具有举足轻重的意义。
就世界和我国超级计算机的现状、用途分别进行了分析和阐述，并探讨超级计算机的发展方向。
关键词：超级计算机 MPP结构 NOW结构1 超级计算机的现状1.1 超级计算机的分类超级计算机可分两类，采用专用处理器或者采用标准兼容处理器。
前者可以高效地处理同一类型问题，而后者则可一机多用，使用范围比较灵活、广泛。
专一用途计算机多见于天体物理学、密码破译等领域。
国际“象棋高手”“深蓝”、日本的“地球模拟器”都属于这样的超级计算机。
据统计，500强超级计算机有232个是非专用系统，服务于军事、医药、气象、金融、能源、环境和制造业等众多领域。
1.2 世界超级计算机的现状目前，世界排名前10位的超级计算机中美国有7台，但首位却是日本“地球模拟器”。
该模拟器是2009年由日本电气公司开发成功，每秒运速为35.86万亿次，曾长时间保持世界超级计算机运速的最快记录。
这一排名极大地刺激了美国，为此美国能源部赶快和IBM等公司合作研制，并于2009年9月开发成功了“地球模拟器”。
日本也穷追猛赶并于2009年10月20日由日本电气公司宣布，已开发成功世界运速最快的“SX-8”超级计算机，每秒运速为 58万亿次，由5/2台计算机连接在一起，中央处理器由日本电气公司提供。
美国国防部立即启动一项计划：开发一台每秒1 000万亿次超级计算机。
而雄心勃勃的日本电气公司、东芝公司和日立制作所三家合作，抛出了一个具体计划，即于2010年开发出每秒运速为1 000万亿次以上的超级计算机，并且由日本东京大学牵头联合研制世界上最高速超级计算机“GRAPE-DR”，每秒可运行2 000万亿次。
1.3 中国超级计算机的现状从1978年，邓小平同志在第一次全国科技大会上说：“中国要搞四个现代化，不能没有巨型机!”此后，我国计算机专家奋起直追，经过几十年不懈努力，取得了丰硕成果，“银河”、“曙光”、“神威”等高性能计算机的出现，使我国成为继美国、日本之后第三个具备自行开发高性能计算机的国家。
超级计算机技术的现状与发展前景
超级计算机技术的现状与发展前景超级计算机是计算机领域中的巅峰存在，它凭借着强大的计算能力，在科学、工程、医学等领域发挥着重要作用。
但是，超级计算机技术的发展也面临着不少挑战，比如能耗、可靠性、安全等问题。
那么，超级计算机技术的现状和未来发展前景如何呢？一、超级计算机技术的现状目前，全球范围内的超级计算机数量已经突破了10万台，超级计算机在气象预测、天文研究、新药研发等领域取得重要成就。
其中，中国的超级计算机“神威•太湖之光”以每秒125.4万亿次的峰值计算速度和每秒93.01万亿次的实测性能位居世界第一，成为了全球范围内的超级计算机代表。
这台机器首次让中国打败了美国，成为全球超级计算机最多的国家。
此外，还有日本的“富岳”、美国的“泰坦”、德国的“超越者”等超级计算机也在世界范围内享有盛誉。
二、超级计算机技术的发展前景随着计算机技术和应用需求的不断增长，超级计算机技术将继续得到广泛的关注和投入，未来的发展前景也非常广阔。
1.应用领域的扩展目前，超级计算机应用领域主要集中在天气预报、天文学、生物医学、材料科学、工程建模等方面。
未来，随着计算机技术和应用需求的不断发展，超级计算机技术将在更多领域得到广泛应用，如数字诊断、智能制造、交通管理、能源管理等。
2.高效能和低能耗的平衡发展超级计算机虽然在能力上强大，但是也面临着能效问题，长期以来一直以来被认为是一种资源密集型和能源密集型领域。
未来，超级计算机技术将倾向于在高效能和低能耗之间取得平衡发展。
随着计算机技术和能源技术的不断进步，超级计算机的能效问题将逐渐得到解决。
3.安全性的增强超级计算机的安全性是技术的重要方面。
未来，超级计算机需要引入新的安全技术，如区块链技术等，在加强超级计算机安全性的同时，保护重要数据和信息资产的安全。
4.开放合作的新型模式超级计算机技术需要多种资源支持，包括软硬件技术及应用垂直行业领域知识和经验等。
未来，超级计算机技术将走向开放、普及和合作的新型模式，通过对信息和技术的开放共享，达到共赢的目标。
超级计算机技术：现状、挑战与未来
超级计算机技术：现状、挑战与未来
一、引言
随着科技的飞速发展，超级计算机已经成为现代社会不可或缺的一部分。
它们在科研、工业、军事等领域发挥着重要作用，为人类带来了前所未有的便利和进步。
本文将探讨超级计算机技术的现状、挑战以及未来发展趋势。
二、超级计算机技术现状
1.硬件技术
目前，超级计算机的硬件技术已经取得了长足的进步。
从早期的单处理器到现在的多处理器系统，再到分布式计算和云计算，超级计算机的硬件架构不断优化，性能不断提升。
同时，随着半导体技术的不断发展，处理器芯片的集成度越来越高，功耗越来越低，为超级计算机的性能提升提供了有力支持。
2.软件技术
超级计算机的软件技术也日益成熟。
操作系统、编程语言、并行计算框架等软件技术的发展为超级计算机的应用提供了便利。
例如，Linux操作系统的普及为超级计算机的稳定运行提供了保障；MPI、OpenMP等并行计算框架的广泛应用为超级计算机的并行计算提供了支持；深度学习框架如TensorFlow、PyTorch等的出现为超级计算机在人工智能领域的应用提供了可能。
三、超级计算机面临的挑战。
超级计算机的发展现状及未来趋势
超级计算机的发展现状及未来趋势超级计算机是一种性能强大的计算机，它可以处理大量的数据和复杂的计算任务。
随着科学技术的不断发展，超级计算机也越来越成为科学研究和工业生产中不可或缺的一部分。
本文将介绍超级计算机的发展现状及未来趋势。
一、超级计算机发展现状自从20世纪初超级计算机问世以来，超级计算机的性能和规模有了飞跃式的增长。
最新的超级计算机已经超过了千万亿次运算能力，达到了一个前所未有的水平。
由于超级计算机具有高性能和高可靠性的特点，它们已被广泛应用于气象、航空航天、生命科学、材料科学等领域中。
超级计算机的发展，也推动了计算机的进化。
目前，各种先进的计算机体系结构被应用于超级计算机中，例如并行处理器、多核处理器和GPU加速器。
这些处理器可以高效地处理大规模数据和复杂计算任务，提高了超级计算机的性能和效率。
二、超级计算机未来趋势在未来，超级计算机的发展将有以下几个趋势：1. 性能将继续提高。
目前国际上各个研究机构正在争相研发新型超级计算机，以提高其性能和效率。
例如，美国“超算之星”号超级计算机拥有644000个处理器和1024TB内存，能够每秒钟执行1300万亿次的运算。
未来，随着技术的不断进步，超级计算机的性能还将有所提高。
2. 可靠性将继续提高。
由于超级计算机需要处理大量的数据和复杂计算任务，因此其可靠性非常重要。
在未来，超级计算机的制造商将进一步提高其可靠性，以确保超级计算机在长时间的使用中不会出现故障。
3. 能耗将进一步降低。
目前，超级计算机的能耗非常高，需要消耗大量的电力。
在未来，随着节能技术的不断发展，超级计算机的能耗有望进一步降低。
4. 应用广泛化。
随着计算机技术的不断发展，超级计算机的应用范围也将不断扩大。
未来，超级计算机将被广泛应用于天气预报、地震预测、生命科学、人工智能等领域，为人们的生活带来更多的便利。
综上所述，超级计算机具有非常重要的应用价值和发展前景，未来随着技术的不断进步，其性能和可靠性将会不断提高，应用领域也将会更加广泛。
中国超算产业的发展现状与展望
中国超算产业的发展现状与展望超级计算机是一种高性能计算设备，可以进行复杂的科学计算、数据处理和模拟等任务。
随着科学技术的发展和计算能力的提高，超级计算机的应用领域越来越广泛，已经成为国家综合实力和科技创新能力的重要标志。
中国作为全球超算产业的重要参与者和发展者，在超算领域取得了长足的进步，并成为全球超算产业发展的重要推动力。
首先，中国超算产业在技术上取得了长足的进步。
中国拥有世界上最多的TOP500超级计算机，其中包括世界第一和第二的超级计算机。
超算领域的核心技术在中国取得了突破，包括芯片设计、高速互联技术、并行计算等方面。
中国超算产业在处理器、存储、互联、软件等关键技术上进行了大量的研发，取得了显著的成果。
其次，中国超算产业在应用领域取得了广泛的应用。
超级计算机已经广泛应用于气象预测、地震模拟、生物医学研究、能源开发、材料科学等领域。
中国超算产业在这些领域的应用取得了显著的成果，有力地推动了国家科学研究和工程项目的发展。
超级计算机不仅提高了科学技术的研究能力，还有助于提高生产效率和经济发展水平。
再次，中国超算产业在国际合作与交流方面做出了积极的贡献。
中国积极参与国际超算大赛和学术会议，与国际超算界的科学家们保持着密切的交流与合作。
中国超算产业的快速发展，不仅是国家自身科技实力的提升，也给国际超算产业注入了新的活力。
中国超算产业在国际合作中发挥了重要的作用，推动了全球超算产业的共同发展。
展望未来，中国超算产业仍面临一些挑战和机遇。
首先，中国超算产业需要继续加大研发投入，提高核心技术的自主创新能力。
与国际超算领域的领军企业相比，中国超算产业在芯片设计和软件开发等方面仍存在一定的差距。
因此，中国超算产业需要加强研发合作，培养高素质的科研人才，提高核心技术的水平。
其次，中国超算产业需要加强与应用领域的深度融合，推动超级计算机在更多领域的应用。
超级计算机的应用领域非常广泛，包括气象预测、医学研究、能源开发等等。
超级计算机技术的发展现状和未来前景
超级计算机技术的发展现状和未来前景随着科技不断发展和计算机技术的不断进步，超级计算机的技术也在不断突破和提升。
超级计算机已经成为科学研究和工业应用领域中必不可少的重要工具之一，它不仅可以为科学家和工程师提供更高效和准确的计算能力，还可以为社会带来很多实际利益。
本文将从超级计算机技术的发展现状和未来前景两个方面进行探讨。
一、超级计算机技术的发展现状随着计算机技术的不断进步，超级计算机的技术也在不断地发展和提升。
目前已经有很多国家和企业投资大量的资金、人力和物力来研发超级计算机技术，在计算机性能、运行速度和功耗等方面都取得了很大的进展。
目前世界上最快的超级计算机是中国的“神威·太湖之光”，它采用了由国产芯片构成的自主研发架构，拥有1.5亿核、10.65百万GB内存和93.01亿GB/s的理论最高传输速度，它的性能已经达到了1255.3个Petaflops，比第二名的美国“山毛榉”超级计算机快了3倍以上。
此外，其他国家和企业也在竞相研发超级计算机技术，如美国的“山毛榉”、“Summit”等，日本的“富岳”、“京”等以及欧洲的“Juqueen”、“Piz Daint”等，它们都是世界最先进的超级计算机之一，它们的运算能力和性能已经远远超过了以前的超级计算机，为科学和工业应用提供了更加准确和高效的计算能力。
二、超级计算机技术的未来前景未来，超级计算机技术的发展前景也越来越广阔，它将在国防、环境、医疗、制药、物理、计算化学、航空航天及汽车制造等诸多领域得到广泛应用。
例如，在国防方面，超级计算机可以在战略规划方面提供帮助，比如在作战演练、情报系统、防御系统等方面进行计算和模拟，从而提高军事应对的能力。
在环境和气候方面，超级计算机可以对大气循环、气候预测、地震模拟等进行计算分析，为人们提供更加精准的气象和环境指导。
在医疗和制药方面，超级计算机可以在人体疾病和药物研发等方面提供高精度的计算和分析，从而提高临床治疗和药物开发的效率和成功率。
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12/4/2015
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超级计算机现状和发展规划
天河二号 2013年，5.5万万亿次 2013年天河二号5.49万万亿次
TH-1A，2010年，
4.7PFlops
从 1.6亿次到5.49万万亿次； 1993, 19Gflops 38年性能提高了340000000倍
CrayT3D
Cray T3E-1200 1998年1Tflops
2015/12/4
% 100% 0.41% 10.33% 20.09% 59.73% 3.11% 6.33%
512 GPU 62.22 0.70 16.17 17.48 12.63 4.93 10.31
% 100% 1.13% 25.99% 28.10% 20.30% 7.92% 16.56%
speedup 2.5
航空航天
Aero and Space craft design
土木建筑设计分析
BIM
可控核聚变
Nuclear fusion
金融工程
Financial Engineering
气象预报
Weather forecast
基础科学研究等
Research on Basic sciences
超级计算的重要作用：提升国家创新能力，加速战略性新兴产业发展 Improve the national innovation ability and accelerate the development of
12/4/2015
5
超级计算机现状和发展规划
超级计算机是国家综合科技创新能力的基础支撑，全球各大国 家均大力发展超级计算机 中国近几年在大力发展超级计算机
12/4/2015
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天河超级计算机发展
Development history of Tianhe supercomputer 1978年，由小平批准，国防科大开始研制“银河-1” 从此，开始了中国研制超级计算机的艰难和辉煌的历程
天河二号 天河一号 银河-2 银河-1 100Mflops,1983 12/4/2015 1Gflops,1990 银河-3 10Gflops,1997
7
55Pflops,2013
4.7Pflops,2010
科技部高性能计算计划 : 2016-2020
MOST projects on HPC: 2016-2020 高性能计算机 Supercomputer R&D
高性能计算的主要应用领域
The main application area of HPC
石油勘探
Oil Exploration
动漫设计
Animation Design
生物医药
Biological medicine
高端装备制造
The high-end equipment manufacturing
12% of pushe kernel time. 临时数组直接在GPU中分配 使用GPU的寄存器来存放部分数组 不变数组只在第一调用kernel时传递到GPU 算法优化（针对shifte）
分级并行紧致化：通过分级scan方法 并发执行 SHIFTE gets ~1.8x speedup 串行代码与kernel并发执行 在GPU内部使用多流，使kernel间并发执行
communication technology
“天河一号”的运算速度比橡树 岭国家实验室的要快大约40%，这 是运算速率的极大提升。 中国同时 研制了一种互联技术，让这些处理 器相互联系，这不是美国的技术， 而是中国自己的技术。这是一个创 举。
The technology belongs to China, not U.S., it’s a pioneering work -- 美国田纳西大学教授杰克•唐加拉 Prof. Jack Dongarra, Tennessee University
157.79 0.64 16.30 31.70 94.25 4.90 10.00
1.8 7.5
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聚变技术开发及相关合作
Weak Scaling Test
GTC总体性能有2~3倍的加速， 同时程序具有良好的可扩展性。
2015/12/4
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聚变技术开发及相关合作
合作单位：中科院等离子体所
边界湍流模拟程序BOUT++在天河上的扩展性测试及分析：将 BOUT++成功部署到天河系统，并进行多组扩展性测试。
建立协同研发的机制，集中优势力量，突破核关键技术 研制Eflops超级计算系统（1000 Pflops)
高性能计算应用
HPC applications Support
建立适应不同行业的国家高性能计算应用软件中心 部署行业能力型重大应用软件系统的研发，构建能力型行业重 大应用数值模拟软件平台 部署容量型普适推广应用课题，部署于国家超算中心等，培育、 吸引和稳定一批自主应用软件系统的用户
2015/12/4 19
聚变技术开发及相关合作
以512个节点为例说明GPU对electron模块的加速
Profile of the CPU and GPU version for 512 MPI processes/6 openMP threads run
512 CPU total time field iron shifte pushe possion electron other
1997
4
1983
1992
超级计算机现状和发展规划
提高超级计算机性能的三驾马车
主频、指令级并行、并行度
足够宽（数万结点） 足够深（核间、异构、SIMD、指令级）
并行度
“三驾马车”中两驾无力，只有靠扩大并行度
– “Performance = Parallelism”，Bill Dally
Remark from international academia
中国的“天河一号”采取 的CPU与GPU融合的结构， 代表了未来超级计算机的发 展趋势。随着计算机规模的 不断拓展，这种结构虽然不 是唯一的解决方法，但目前 看来是最好的。
The architecture is not the only solution, but the best so far -- 美国斯坦福大学计算机系主任比尔•戴利 Billy Daley, Computer Science College, Stanford University
CPU+GPU异构融合体系结构
CPU+GPU heterogeneous architecture
64位多核多线程自主飞腾1000 CPU
64 bits Multi-core and Multi-thread CPU
自主高速互连通信技术
Self-developed High-speed interconnect
2014年10月11日—31日的作业运行状况
2015/12/4
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天津超算中心运营情况
“天河一号”系统稳定运行服务， 支撑国家重大科研项目超过800项
国家自然科学基金项目超过600项 863和973项目超过100项 其他重大项目（工信部、发改委、中石 油、中海油等）超过40项 国际和地区项目超过10项
2015/12/4
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聚变技术开发及相关合作
实际操作
GTC程序移植到“天河一号” 程序部署 热点分析 Pushe: 获得网格点上的场 数据，根据作用力更新电子 的位置 Shifte: 高度串行化计算 MPI操作
2015/12/4
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聚变技术开发及相关合作 程序的具体优化策略
存储器访问优化（针对pushe）
服务全国大部分省份（包含香港地 区），2014年服务用户已经超过 600余家
2015/12/4
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聚变领域研究合作
合作单位：北京大学、中国科学技术大学、浙江大学、nvidia
托卡马克“回旋环形等离子体代码”GTC程序的GPU开发与优化
模拟规模：~50,000 cores，每秒模拟的电子数达300多亿
IBM BlueGene/L 2005年，367Tflops 2007年，596Tflops
走鹃，2008年，
1千万亿次
Cray-YMP 1988年，2.3Gflops Cray-1 1976 160Mflops
IBM红色选择 1999年，3万亿次
39年前第一台商用巨型机问世
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日本地球模拟器 2002年，40Tflops
互联：
MPI实现：
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聚变技术开发及相关合作
在Edison和天河一号上的测试对比
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NSCC-TJ
我国目前已投入运营的应用范围最广、
综合支撑能力最强的国家级超算中心
• 峰值4700万亿次的天河一号超级计算机； • 400台以上服务器的通用云计算系统；
• 容量超过10PB的海量存储系统；
• 多领域行业软件； • 完善的网络基础设施；
• 完善的机房、供电、制冷等基础设施。
主要业务为高性能计算、云计算和大数 据服务，目前服务的政府、企业及科研 院所用户数已达600余家
超级计算机现状和我国发展规划
汇报内容 Outline
超级计算机现状和我国发展规划 国家超算天津中心及天河一号介绍 未来国家超算天津中心重点研发方向与资源
更新规划
12/4/2015
2
第一部分
超级计算机现状和国内发展规划
HPC development strategy and situation