第1讲高性能计算与高性能计算机.ppt
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第1讲高性能计算与高性能计算机.ppt
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本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)12022/10/27nn计计算机学院算机学院计计算机科学与技算机科学与技术术系系nn主主讲讲:
陈陈蕾蕾博士博士/副教授副教授nnE-mail:
E-mail:
高性能计算与并行程序设计高性能计算与并行程序设计本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)22022/10/27为什么要开设这门课程nn本本课课程主要涉及高性能程主要涉及高性能计计算和并行程序算和并行程序设计设计,其核心是,其核心是并行技并行技术术nn并行技并行技术术与当今与当今计计算机研究和算机研究和应应用的用的热热点点紧紧密相密相连连:
nn11、多核技、多核技术术(INTELINTEL、AMDAMD、IBMIBM、SONYSONY、SUNSUN、NVIDIANVIDIA)。
当你有了)。
当你有了1616个核的个核的处处理器怎么有效利用?
理器怎么有效利用?
nn22、集群技、集群技术术。
集群系。
集群系统统如今随如今随处处可可见见,如何有效使用它?
并行是唯一途径。
,如何有效使用它?
并行是唯一途径。
nn33、超、超级计级计算机。
超算机。
超级计级计算机用于求解富有挑算机用于求解富有挑战战性的性的计计算算问题问题.有效的大有效的大规规模并行模并行软软件是件是发挥发挥其性能的关其性能的关键键nn44、云、云计计算、网格算、网格计计算、服算、服务计务计算、高性能算、高性能计计算、物算、物联联网技网技术术nn55、大数据、大数据nn66、本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)32022/10/27为什么要并行计算?
n有限有限时间时间内解决复内解决复杂计杂计算算问题问题ll汽车碰撞实验:
汽车碰撞实验:
32CPU432CPU4小时(一个工况)小时(一个工况)ll药物筛选:
药物筛选:
64CPU64CPU,500500万化合物,一年万化合物,一年ll蛋白质折叠,蛋白质折叠,256CPU256CPU、22个月只能算一个纳秒过程个月只能算一个纳秒过程ll宇宙大尺度结构模拟:
宇宙大尺度结构模拟:
256CPU256CPU,66个月个月过去:
大量应用需求的驱动过去:
大量应用需求的驱动需求驱动和技术推动需求驱动和技术推动本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)42022/10/27为什么要并行计算?
今天:
计算机技术发展的推动芯片上晶体管数目芯片上晶体管数目每每1818个月增个月增长长一倍一倍?
工工艺艺:
90nm90nm65nm65nm32nm32nm,逼近极限,逼近极限主主频频:
从:
从3.0GHz3.0GHz到到4.0GHz4.0GHz,步履,步履艰难艰难功耗:
功耗:
单单芯片百瓦功耗,芯片百瓦功耗,minimini型型“核反核反应应堆堆”本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)52022/10/27并行计算平民化的到来!
每个程序员面临的多核并行计算时代nn在在单单个芯片上内置多个个芯片上内置多个处处理理单单元元“核核”nn每个每个处处理器理器视为视为小型的并行小型的并行计计算机算机nn双核双核四核四核多核多核并行计算已经成为必然!
本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)62022/10/27如何进行并行(多核)计算?
nn思路最关思路最关键键,并行思想,并行算法,并行思想,并行算法nn新的工具和新的工具和实现实现方法方法llMPI/OpenMP,GoggleHadoopMPI/OpenMP,GoggleHadoop,IntelC+IntelC+,WindowsWindowsHPCHPC等等nn好的好的编编程方法程方法ll针对硬件结构,重视程序性能针对硬件结构,重视程序性能本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)72022/10/27n现实的情况11、需要通、需要通过显过显式并行的硬件系式并行的硬件系统统走向普及:
集群走向普及:
集群计计算机、多核算机、多核处处理器理器22、然而大家、然而大家对对于并行于并行计计算方法和工具了解和算方法和工具了解和认识认识不不足。
足。
为为此,开此,开设这门课设这门课程希望把并行程希望把并行计计算作算作为为一种通一种通用用计计算技算技术术介介绍给绍给大家大家本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)82022/10/27课程目的nn澄清澄清对对并行并行计计算的算的认识认识:
不是少数人的不是少数人的专专利利高性能高性能计计算随着机群系算随着机群系统统、多核、多核处处理器的出理器的出现现将逐将逐渐渐普及到桌面系普及到桌面系统统nn了解高性能了解高性能计计算的前沿技算的前沿技术发术发展情况展情况nn锻炼锻炼基本的基本的资资料料检检索、文献索、文献阅读阅读、归纳归纳整理和口整理和口头报头报告的能力告的能力nn实实实实在在体在在体验验并行并行软软件开件开发发并行并行编编程程语语言言实现实现并行程序性能与并行程序性能与优优化分析化分析并行算法并行算法设计设计设计设计并行程序开并行程序开发发流程独立开展流程独立开展本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)92022/10/27教材和主要参考书教材:
教材:
暂暂无(提供无(提供电电子教案)子教案)参考参考书书:
nn11并行并行计计算算导论导论,张张林波等林波等,北京:
清,北京:
清华华大学出版社,大学出版社,20062006nn22并行并行计计算:
算:
结结构、算法、构、算法、编编程(修程(修订订版),版),陈陈国良等,北京:
高教出版社,国良等,北京:
高教出版社,20032003nn33并行程序并行程序设计设计(第二版),(第二版),BarryWilkinsonBarryWilkinson等,等,陆陆鑫达等鑫达等译译,北京:
机械工,北京:
机械工业业出版社,出版社,20052005nn4MPI4MPI并行程序并行程序设计实设计实例教程,例教程,张张武生等武生等,北京:
清,北京:
清华华大学出版社,大学出版社,20092009nn55多核程序多核程序设计设计,陈陈天洲等,北京:
清天洲等,北京:
清华华大学出版社,大学出版社,20072007nn66并行并行计计算算应应用与用与实战实战,王,王鹏鹏等,北京:
机械工等,北京:
机械工业业出版社,出版社,20092009本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)102022/10/27课程安排nn理理论论ll并行计算机系统及其结构模型(当代对称多处理机、大规模并行处并行计算机系统及其结构模型(当代对称多处理机、大规模并行处并行计算机系统及其结构模型(当代对称多处理机、大规模并行处并行计算机系统及其结构模型(当代对称多处理机、大规模并行处理机、机群系统)理机、机群系统)理机、机群系统)理机、机群系统)ll并行计算机系统的性能评测以及并行算法的设计基础、一般设计策并行计算机系统的性能评测以及并行算法的设计基础、一般设计策并行计算机系统的性能评测以及并行算法的设计基础、一般设计策并行计算机系统的性能评测以及并行算法的设计基础、一般设计策略和一般设计过程略和一般设计过程略和一般设计过程略和一般设计过程ll介绍几种常见的分布式并行算法介绍几种常见的分布式并行算法介绍几种常见的分布式并行算法介绍几种常见的分布式并行算法nn实实践践ll典型并行计算机系统典型并行计算机系统典型并行计算机系统典型并行计算机系统PCPC机群的搭建机群的搭建机群的搭建机群的搭建ll消息传递(消息传递(消息传递(消息传递(MessagePassingInterfaceMessagePassingInterface,MPIMPI)并行程序设计)并行程序设计)并行程序设计)并行程序设计nn具体内容安排具体内容安排第一第一讲讲高性能高性能计计算与高性能算与高性能计计算机算机第二第二讲讲并行并行计计算机系算机系统统及其及其结结构模型构模型第三第三讲讲PCPC机群的搭建(自学)机群的搭建(自学)第四第四讲讲并行算法并行算法设计设计的关的关键键技技术术第五第五讲讲MPIMPI并行程序并行程序设计语设计语言言第六第六讲讲并行算法并行算法设计实设计实例例本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)112022/10/27第一讲高性能计算与高性能计算机1.1.高性能高性能计计算的意算的意义义2.2.高性能高性能计计算的算的发发展与展与现现状状3.3.高性能高性能计计算的典型算的典型应应用用4.4.高性能高性能计计算的挑算的挑战战与机遇与机遇本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)122022/10/271.高性能计算的意义
(1)1.11.1高性能高性能计计算的内在含算的内在含义义1.21.2高性能高性能计计算的算的应应用需求用需求1.31.3高性能高性能计计算的算的战战略地位略地位本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)132022/10/271.高性能计算的意义
(2)1.11.1高性能高性能高性能高性能计计算的内在含算的内在含算的内在含算的内在含义义nn计计算和算和计计算科学算科学ll所有的学科都转向定量化和精确化所有的学科都转向定量化和精确化ll三大科学:
理论科学、实验科学和计算科学三大科学:
理论科学、实验科学和计算科学计算科学是一个交叉学科计算科学是一个交叉学科,用计算的方法来解决应用问题。
用计算的方法来解决应用问题。
适用于理论模型复杂或尚未建立、实验费用昂贵或无法进适用于理论模型复杂或尚未建立、实验费用昂贵或无法进行。
行。
计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学。
象学。
并行计算是跟上摩尔定律的重要手段。
并行计算是跟上摩尔定律的重要手段。
本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)142022/10/271.高性能计算的意义(3)nn高性能高性能计计算的含算的含义义ll高性能计算简称高性能计算简称HPC(HighPerformanceHPC(HighPerformanceComputing)Computing),泛指量大、快速、高效的运算。
,泛指量大、快速、高效的运算。
ll高性能计算主要包括:
高性能计算主要包括:
向量计算向量计算并行计算并行计算分布式计算分布式计算网格计算网格计算.本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)152022/10/271.高性能计算的意义(4)nn高性能高性能计计算的量算的量纲纲前缀前缀缩写缩写基幂基幂含意含意数值数值KiloKiloKK101033ThousandThousand千千MegaMegaMM101066MillionMillion兆,百万兆,百万GigaGigaGG101099BillionBillion千兆,千兆,1010亿亿TeraTeraTT10101212TrillionTrillion垓,万亿垓,万亿PetaPetaPP10101515QuadrillionQuadrillion千万亿千万亿ExaExaEE10101818QuitillionQuitillion百亿亿百亿亿FlopsFlops:
每秒所执行的浮点运算次数:
每秒所执行的浮点运算次数(floating-pointoperationspersecond(floating-pointoperationspersecond)目前的目前的PCPC机运算速度通常在机运算速度通常在GFlopsGFlops量级,高性能计算机运算速度则在量级,高性能计算机运算速度则在TFlopsTFlops至至PFlopsPFlops量级。
量级。
本PPT部分内容来源于国家高性能计算中心(合肥)162022/10/271.高性能计算的意义(5)1.21.2高性能高性能高性能高性能计计算的算的算的算的应应用需求用需求用需求用需求nn应应用需求用需求ll计算密集型应用计算密集型应用(Computin
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- 性能 计算 计算机
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