学科前沿技术专题第三章

 

 

 

学科前沿技术专题第三章

 

1、结合硬件的发展历史，谈谈你对高性能计算机发展的看法。

随着计算机硬件的发展，上世纪90年代以来，以高性能计算机为基础的计算科学得到了长足的发展，它与理论科学和实验科学相辅相成、彼此印证，成为人类科学研究必不可少的方法之一。在许多工业领域，如汽车、航空航天器的设计制造，石油勘探、地震资料处理及国防（核爆炸模拟）等，科学计算已经成为首选研究方法。在教育、科研领域，高性能计算有着更广泛的施展空间，在生命科学、材料设计、气象气候研究等学科中已成为科学研究的必备工具。与国际高性能计算机的使用相比，中国的高性能计算的工业应用程度不高，其中以石油勘探/地震资料处理最为成功（但现在越来越多的ISV支持PC Cluster，使高端市场受到很大冲击）。目前中国的高性能计算市场更多地集中在教育（高校）和科研（中科院、气象单位等）领域。

2、了解Amdahl定理，该定理在多核时代有怎样的影响？

 

    系统中某一部件由于采用某种改进的执行方式后，整个系统的性能提高了，其衡量指标为加速比。

 

    Amdahl定律的表示：

    加速比=（采用改进措施后的性能）÷（没有采用改进措施前的性能）

            = （没有采用改进措施前执行某任务的时间） ÷ （采用改进措施后执行某任务的时间）

    Amdahl定律的描述：

计算机科学中的一个重要定律。描述：系统中某部件由于采用某种方式使系统性能改进后，整个系统性能的提高与该方式的使用频率或占总的执行时间的比例有关。

主要应用：改善“系统瓶颈”性能。

    Amdahl定律定义了加速比：加速比=采用改进措施后性能/未采用改进措施前的性能=未采用改进措施前执行某任务时间/采用改进措施后执行某任务的时间n个处理器加速因子S=n/[1+(n-1)f]:f为非平行百分比，n越大，S不能超过1/f阿姆达尔定律不可并行计算的存在是很重要的，因为它将限制并行化的潜在好处。阿姆达尔定律指明如果一个计算的1/S本质上是顺序的，那么最大的性能改进将受限于因数S。其论证如下，一个并行计算的执行时间TP将是顺序部分计算时间和可并行化部分计算时间两者的和。如果该计算顺序地执行需要花费的时间是TS，则当有P个处理器时，TP可表示为S=n/[1+(n-1)f]假想P值非常大，使得可并行化部分的执行时间可以忽略不计，则最大可改进的性能将是因数S。也就是说，顺序执行代码在计算中所占的比例决定了使用并行手段所能改进性能的潜力。   

  Amdahl主要的用途是指出了在计算机体系结构设计过程中，某个部件的优化对整个结构的优化帮助是有上限的.也从另外一个方面说明了在体系结构的优化设计过程中，应该挑选对整体有重大影响的部件来进行优化，以得到更好的结果。

    阿姆达尔定理得到广泛应用并引出一些重要的推论，例如：

   ● 指出常见情形的问题所在：当f较小时，优化不会有多少效果。

 

   ● 一些被忽略的因素也会限制加速比：当S接近无穷大时，总体加速比的上限是1/（1-f）。

    四十年前，基恩·阿姆达尔（Gene Amdahl）在并行使用n个处理器（内核）的特殊情形下，定义了阿姆达尔定理，声称单处理器可以实现大规模计算能力 [1]。他采用一个限制变量f，假设程序的执行时间某一部分f可以无限并行化，并且没有调度开销；而剩余部分1-f则是完全串行的。他没有给出一个方程式，而是直接指出n个处理器的加速比。最后，阿姆达尔指出1-f的典型值通常都大到使单处理器更具优势。阿姆达尔定理的论点虽然简单，但是在当时是成立的，例如那时装备了一至几个处理器的大型机主宰了计算机世界。这些论点在随后的小型机和个人机的时代里仍然基本成立。随着最近的技术潮流推动我们进入多核时代，阿姆达尔定理依然有用。阿姆达尔公式中其实还假设了计算问题的规模在改进的机器上不发生变化，也就是说程序中可被并行化的部分是固定的。约翰·古斯塔夫森（John Gustafson）认为阿姆达尔定理不适用于大规模并行机，原因在于这些大规模并行机可以开启原来被认为在时间限制下不可并行化的部分计算任务[2]。一台具备更强大并行计算能力的机器支持在同样时间里对更大的数据集进行操作。当古斯塔夫森的论点适用时，计算任务中将有足够并行性可利用。但我们认为，即使在相对悲观的阿姆达尔假设下，健壮的通用多核系统设计也可以良好运行。

 

 

 

3、列出TOP500强、Green500强Graph500强的最新世界排名，看看哪些超级计算机来自中国。

    PS：具体排名信息见附件