什么是高性能计算？高性能计算有什么用？为什么我国要展开 ...

超级计算机又称超算，HPC，高性能计算等。

相比于手机、互联网、云计算等行业，高性能计算是一个十分冷门的行业，除非专业人士，否则很少有人能关注到，不时远离公众视野，不为人知。

但近几年，随着科技对国度战略的越来越重要，高性能计算开端出往常各种媒体，被逐步注重起来。

为什么要做高性能计算？

人类对计算及性能的请求是无止境的，有了高性能计算，对科研工程、模仿仿真等范畴的展开会起到十分好的促进作用。

今天就和大家来聊聊高性能计算的展开历史。

上世纪七十年代，美国克雷机开启了高性能计算的大幕。超级计算机一经推出就大受追捧，先后被美国能源部、国防部、波音、美孚石油采购。

往常大家对高性能计算大致分为这样四个阶段：向量机、SMP、MPP、集群。

八十年代，我国也推出了自己的向量机：银河1号，用来计算核爆、流膂力学、石油开采等一些亟待处置又高度失密的课题。往常银河1号向量机曾经退役。

向量机固然计算性能强大，但缺陷也十分明显，就是一切软硬件都需求特地设计定制，与市场上大量销售的软硬件不兼容，这使得向量机的价钱十分昂贵，很难做到提高。

这个缺陷严重限制了向量机的展开。所以当时人们为了降低向量机的成本，把目的转向通用的软硬件设备，于是SMP就此降生。

SMP能够翻译为”对称多处置”。它是在计算机里装置多块处置器，共享内存和数据总线来进步计算性能。就像往常的手机、平板、PC运用的多核CPU其实也是SMP架构，区别是以前的处置器会装置在主板的多个基座上，由总线衔接；往常是把多块处置器在消费时就封装到一同，插在一个基座上。

SMP技术难度低、计算才干提升明显、性价比高、市场需求大，能够兼容当时大多数软件，一经推出，就遭到了众多厂商的跟风，当年Compaq、HP、IBM一众行业大佬，都是消费SMP效劳器的主力军。

但SMP架构也有自己的缺陷和限制，它需求共享内存和数据总线，运转过程中存在物理资源竞用的问题，这就限制了性能发挥，经过增加的处置器数量来增加性能的方式让其扩展性十分有限，也限制了SMP架构的展开。后来人们为了追求更强大的计算才干，便推出MPP架构。

MPP称为”大范围并行处置”。这种架构取消了共享内存和数据总线，把每台计算机做一个独立的节点单元来看待，节点之间用专用的高速网络衔接，经过软件协同完成共同的任务，属于地道的无共享架构（ShareNothing）。

MPP架构相比SMP架构，性能固然有了大幅提升，但是缺陷也更多，好比对硬件设备请求高，产品价钱贵，扩展才干缺乏，需求特地的软件来支持（开发MPP软件是远比MPP硬件更复杂的事）。所以它依旧是那些不在乎成本的IT巨头和垄断部门的专属玩物。实践这些年来，MPP之所以没有展开，这些限制缺陷是主要缘由。

于是，为了取得更强大的计算效果，高性能计算来到了第四个阶段：集群。

往常的计算机集群可说是这些年IT新技术展开的综合体和集大成者。除了继续沿用MPP节点的概念，还大量自创采用互联网衍生出来的各种基础技术。好比普遍采用通用硬件来降低设计和采购成本；采取“软件定义硬件”战略，把原本属于硬件的功用转移到软件来处置，而且还便于升级。

运用统一的协议支持异构计算平台，允许动态增加减少计算节点，经过”硬件冗余+软件容错“处置硬件运转过程中呈现的问题。所以往常计算机集群即完成了超强的扩展才干，又能够保障足够的经济性。

另外，与前几次主要面向专业范畴不同，当前集群的展开方向曾经转向了商用范畴，这是十分宽广的市场，有着庞大的商业利益。例如在军事方面，在天气预测，在科研方面，在模仿仿真设计方面，在能源开发等方面，高性能计算越来越多的应用在商业范畴。

由于面向商业用户，更多强调经济性和运用成本，运用虚拟化技术支持多租户共享，普遍采用按时付费的支付方式，能够依据用户需求分配云端资源。

集群架构另一个主要范畴是超级计算机，当前世界上主要的超级计算机，好比我国的“神威”、“天河3”，美国的“泰坦”、“Summit”，日本的“京”，都属于集群架构。而且云计算和超级计算机也正在融合中，往常一种叫“超算云”的共享计算方式正在各大云平台中构成。

说完硬件，再说软件。由于树立在集群架构之上的业务需求、市场生态曾经发作了基本变更，基于早期几种架构研发的软件很难发挥出集群的性能。目前往常有几家ICT巨头看好集群业务带来的商机，正在投入巨资研发通用的集群系统软件，希望一举拿下这个蓝海市场。

这有点象移动互联网刚刚开端的时分，苹果推出IPhone手机后，需求再推出iOS操作系统来适配IPhone手机。另外在超算范畴，超级计算机做为国度综合科技实力的细致表示，与各国基础科研密切相关，将带动一大批产业展开，也都在加大对超算和超算软件的研发投入。所以往常无论是企业还是政府，都是一副百舸争流的状态，希望经过集群操作系统进一步稳定各自的优势位置，拿到下一场技术反动的门票。

最后，一个不争的事实是，目前无论云计算、超算，还是集群软件，依旧是美国最强，我国处于追逐位置。

由于集群硬件基本构型曾经完成，往常各国发力竞争的主要是集群软件，特别是集群操作系统这样的通用基础软件。美国曾经经过PC操作系统、手机操作系统取得在个人电脑、手机范畴的决对优势，稳定了全球指导位置，进而影响全世界，直到往常。往常集群操作系统相似于当年iOS退场的时分，集群操作系统将决议我国未来二三十年在云计算、大数据、人工智能的生态市场和指导位置。

关于中国，这是一场不能输的战争。而且由于近几年我过高性能计算的展开，曾经惹起了美国方面的注重，针对高性能计算范畴的封锁越来越严。

目前，前方道路依然漫长，需求我们一同凝聚力气去完成高性能计算的展开!