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laok 2011-12-28 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《高性能并行计算pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含高性能并行计算迟学斌中国科学院计算机网络信息中心chisccascn,chisccniccnhttp:lsscccaccnhttp:wwwsccas符等。

高性能并行计算迟学斌中国科学院计算机网络信息中心chisccascn,chisccniccnhttp:lsscccaccnhttp:wwwsccascnhttp:wwwscgridcnhttp:wwwcngridorg年月日目录第一部分并行计算基础第一章预备知识并行计算的目标和内容并行计算机发展历程计算机系统发展简史并行计算机发展简述目前世界高性能计算机的状况可扩展的并行计算机体系结构对称多处理机系统分布共享存储处理机系统大规模并行计算机系统机群系统国内外超级计算中心状况美国超级计算中心简介中国大陆超级计算中心简介第二章基础并行算法并行计算基本概念并行算法设计基本原则区域分解方法功能分解方法流水线技术分而治之方法同步并行算法异步并行算法作业第二部分并行算法设计与实现第三章矩阵并行计算并行矩阵乘法iii目录串行矩阵乘法行列划分算法行行划分算法列列划分算法列行划分算法Cannon算法线性代数方程组并行求解方法分布式系统的并行LU分解算法三角方程组的并行解法对称正定线性方程组的并行解法Cholesky分解列格式的并行计算双曲变换Cholesky分解修正的双曲变换Cholesky分解三对角方程组的并行解法经典迭代算法的并行化Jacobi迭代法GaussSeidel迭代法异步并行迭代法异步并行迭代法基础线性迭代的一般收敛性结果代数特征值问题的并行求解对称三对角矩阵特征值问题Householder变换化对称矩阵为三对角矩阵作业第三部分并行实现第四章并行程序设计并行编程模式的主要类型并行程序的基本特点并行程序的实现技术目录iii第五章消息传递编程接口MPIMPI简介MPI程序实例第六章MPI并行环境管理函数第七章MPI进程控制函数MPI进程组操作函数MPI通信子操作第八章MPI点到点通信函数阻塞式通信函数非阻塞式通信函数特殊的点到点通信函数MPI的通信模式第九章MPI用户自定义的数据类型与打包用户定义的数据类型MPI的数据打包与拆包第十章MPI聚合通信障碍同步单点与多点通信函数多点与多点通信函数第十一章MPI全局归约操作第十二章HPL程序实例剖析参考文献附录一并行程序开发工具与高性能程序库ABLAS、LAPACK、ScaLAPACKAFFTWAPETSc附录二MPI函数referenceiv目录索引教学要求教学目的:通过该课程的学习使同学们了解和掌握并行计算机的发展、并行算法的基本概念、并行程序设计方法和并行实现环境为从事并行计算研究和使用超级计算机系统奠定基础。内容简介:介绍并行计算机的发展当今并行计算机的主流发展方向并行计算的基本概念并行算法的基本类型及设计技术矩阵并行计算问题重点介绍并行矩阵乘法线性代数方程组并行求解方法代数特征值问题的并行求解经典迭代算法的并行化并行程序设计技术介绍并行程序的特点和实现技术并行实现环境MPI介绍MPI过程管理函数掌握用MPI编写并行程序的方法MPI点对点通讯函数全局通讯函数全局操作函数进程组的操作并行程序实现实例剖析矩阵并行乘法的实现和求解方程组的实现。基础知识:FORTRANC语言计算方法。参考资料:陈国良并行计算结构、算法、编程高等教育出版社年月。目录第一部分并行计算基础第一章预备知识并行计算的目标和内容目标:求解大规模问题和复杂系统。早期并行计算以加速求解问题为目的这来源于单处理机的计算速度受到物理上的限制光速是其上限。随着计算在科学研究和实际应用中发挥越来越大的作用人们对计算已经产生了依赖将数值模拟作为许多决策的依据。现在人们已经习惯将计算作为科学研究的第三种手段和传统的科学研究的理论方法和实验方法并列。自年代以来并行计算得以空前的飞速发展一方面由于单处理机的计算速度不断提高并行计算机的体系结构趋于成熟数据传输网络的标准化和传输速率的大幅提升使得并行计算机的研制周期能够从几年到几个月为研制并行计算机系统创造了有利条件。另一方面推动并行计算发展的主要动力来自于国际上的一些重要研究计划,。美国HPCC计划:科学和工程计算需要能够提供TFLOPS计算能力、TB内存容量、TBs的IO带宽也就是T性能目标。美国为了保持其在高性能计算与计算机通信领域的领先地位在年由科学、工程、技术联邦协调理事会向国会提交了“重大挑战项目:高性能计算与通信”的报告也就是被称为HPCC计划的报告即美国总统科学战略项目其目的是通过加强研究与开发解决一批重要的科学与技术挑战问题。该项目由四部分组成:)高性能计算机系统(HPCS)内容包括今后几代计算机系统的研究、系统设计工具、先进的典型系统及原有系统的评价等)先进软件技术与算法(ASTA)内容有巨大挑战问题的软件支撑、新算法设计、软件分支与工具、计算技术及高性能计算研究中心等)国家科研与教育网(NREN)内容有中接站及亿位级传输的研究与开发)基本研究与人类资源(BRHR)内容有基础研究、培训、教育及课程教材。HPCC计划中近期要解决的“巨大挑战”问题有:)磁记录技术。要在一平方厘米的磁盘表面上压缩记录亿位数据)新药研制。特别是防治癌症与艾滋病新药的研制)高速城市交通。新型低噪音飞机的研制空气动力学的计算)催化剂设计。改变至今为止多数催化剂靠经验设计的习惯转向计算机辅助设计主要分析这些复杂系统的大规模量子化学模型)燃料燃烧原理。通过化学动力学计算揭示流体力学的作用研制新型发动机)海洋模型模拟。对海洋活动与大气流的热交换进行整体海洋模拟第一章预备知识)臭氧层空洞。研究控制臭氧消耗过程的化学和动力学机制)数字解剖。如三维CT扫描图象处理人脑主题模型三维生物结构与四维时间结构)空气污染。计算模拟能提供有效控制污染传播的途径揭示其物理与化学机理)蛋白质结构设计。使用计算机模拟对蛋白质组成的三维结构进行研究)图象理解。实时绘制图象或动画)密码破译技术。破译长位数的密码主要是寻找一个大数的两个素因子。美国ASCI计划:全面禁止核试验条约签订后对核武器的研制只能通过在实验室的数值模拟来完成。年月由美国能源部提出了“加速战略计算创新”计划也即ASCI计划项目。提出通过数值模拟来评估核武器的性能、安全性、可靠性、更新等。要求数值模拟达到高分辨率、高逼真度、三维、全物理、全系统的规模和能力。该计划被认为是与当年曼哈顿计划等同的一个巨大的挑战它不仅需要自然科学家的参与而且也需要与计算机等工业界的合作提供保障ASCI计划中的应用所需的计算机平台。为此美国三大核武器实验室(LawrenceLivermore、LosAlamos、Sandia国家实验室)分别向三大计算机公司(Intel、IBM、SGICray公司)预订了峰值浮点运算速度超过TFLOPS的并行计算机。目前已经在这些实验室投入使用的并行计算机系统其峰值浮点运算速度已经超过了TFLOPS。并行计算的内容涵盖非常广因此很难能够对其进行全面描述在这里将重点介绍并行计算机的体系结构编程语言并行算法并行实现技术并行应用软件等。并行计算机发展历程计算机系统发展简史计算机的起源可以追溯到欧洲文艺复兴时期。世纪的思想解放和社会大变革大大促进了自然科学技术的发展其中制造一台能帮助人进行计算的机器就是最耀眼的思想火花之一。年苏格兰人JohnNapier发表了关于可以计算四则运算和方根运算的精巧装置的论文。年法国数学家Pascal发明能进行八位计算的计算尺。年英国数学家GeorgeBoole创立二进制代数学。年美国普查人工用了年的时间进行统计而年HermanHollerith用穿孔卡片存储数据并设计了机器仅仅用了个周就得出了准确的数据(人)。年HermanHollerith创办了IBM公司的前身。这些”计算机”都是基于机械运行方式还没有计算机的灵魂:逻辑运算。而在这之后随着电子技术的飞速发展计算机开始了质的转变。年到年时期的计算机通常被称作第一代计算机。使用真空电子管所有的并行计算机发展历程程序都是用机器码编写使用穿孔卡片。年JohnWMauchly和JPresperEckert负责研制的ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)是第一台真正意义上的数字电子计算机。重吨个电子管功率千瓦。主要用于弹道计算和氢弹研制。年科学杂志大胆预测”未来的计算机不会超过吨。”真空管时代的计算机尽管已经步入了现代计算机的范畴但其体积之大、能耗之高、故障之多、价格之贵大大制约了它的普及应用。直到年Bell实验室的WilliamBShockley、JohnBardeen和WalterHBrattain发明了晶体管电子计算机才找到了腾飞的起点开辟了电子时代新纪元。年到年间设计的计算机一般被称为第二代计算机。大量采用了晶体管和印刷电路。计算机体积不断缩小功能不断增强可以运行FORTRAN和COBOL接收英文字符命令。出现大量应用软件。尽管晶体管的采用大大缩小了计算机的体积、降低了其价格减少了故障。但离人们的要求仍差很远而且各行业对计算机也产生了较大的需求生产更强、更轻便、更便宜的机器成了当务之急而集成电路的发明不仅仅使体积得以减小更使速度加快故障减少。年在RobertNoyce(INTEL公司的创始人)的领导下继发明了集成电路后又推出了微处理器。年到年的计算机一般被称为第三代计算机。大量使用集成电路典型的机型是IBM系列。年以后的计算机习惯上被称为第四代计算机。基于大规模集成电路及后来的超大规模集成电路。计算机功能更强体积更小。在这之前计算机技术主要集中在大型机和小型机领域发展但随着超大规模集成电路和微处理器技术的进步计算机进入寻常百姓家的技术障碍已突破。特别是从INTEL发布其面向个人机的微处理器的同时互联网技术、多媒体技术也得到了空前的发展计算机真正开始改变人们的生活。年Cray第一台商用超级计算机问世。集成了万个晶体管每秒进行亿次浮点运算。今天INTEL已经推出主频超过Ghz的微处理器。与整个人类的发展历程相比、与传统科学技术相比计算机的历史才刚刚开始书写我们正置身其中感受其日新月异的变化被计算机大潮裹挟着丝毫不得停歇。并行计算机发展简述年代开始的现代计算机发展历程可以分为两个明显的发展时代:串行计算时代、并行计算时代。每一个计算时代都从体系结构发展开始接着是系统软件(特别是编译器与操作系统)、应用软件最后随着问题求解环境的发展而达到顶峰。创建和使用并行计算机的主要原因是因为并行计算机是解决单处理器速度瓶颈的最好方法之一。第一章预备知识并行计算机是由一组处理单元组成的这组处理单元通过相互之间的通信与协作以更快的速度共同完成一项大规模的计算任务。因此并行计算机的两个最主要的组成部分是计算节点和节点间的通信与协作机制。并行计算机体系结构的发展也主要体现在计算节点性能的提高以及节点间通信技术的改进两方面。年代初期由于晶体管以及磁芯存储器的出现处理单元变得越来越小存储器也更加小巧和廉价。这些技术发展的结果导致了并行计算机的出现这一时期的并行计算机多是规模不大的共享存储多处理器系统即所谓大型主机(Mainframe)。IBM是这一时期的典型代表。到了年代末期同一个处理器开始设置多个功能相同的功能单元流水线技术也出现了。与单纯提高时钟频率相比这些并行特性在处理器内部的应用大大提高了并行计算机系统的性能。伊利诺依大学和Burroughs公司此时开始实施IlliacIV计划研制一台个CPU的SIMD主机系统它涉及到硬件技术、体系结构、IO设备、操作系统、程序设计语言直至应用程序在内的众多研究课题。不过当一台规模大大缩小了的CPU系统终于在年面世时整个计算机界已经发生了巨大变化。首先是存储系统概念的革新提出虚拟存储和缓存的思想。IBM系统与是属于同一系列的两个机型的主频高于所选用的内存速度也较快并且采用了动态调度的指令流水线但是的整体性能却高于唯一的原因就是前者采用了缓存技术而后者则没有。其次是半导体存储器开始代替磁芯存储器。最初半导体存储器只是在某些机器被用作缓存而CDC则率先全面采用这种体积更小、速度更快、可以直接寻址的半导体存储器磁芯存储器从此退出了历史舞台。与此同时集成电路也出现了并迅速应用到了计算机中。元器件技术的这两大革命性突破使得IlliacIV的设计者们在底层硬件以及并行体系结构方面提出的种种改进都大为逊色。年CRAY问世以后向量计算机从此牢牢地控制着整个高性能计算机市场年。CRAY对所使用的逻辑电路进行了精心的设计采用了我们如今称为RISC的精简指令集还引入了向量寄存器以完成向量运算。这一系列全新技术手段的使用使CRAY的主频达到了MHz。微处理器随着机器的字长从位、位、位一直增加到位其性能也随之显著提高。正是因为看到了微处理器的这种潜力卡内基梅隆大学开始在当时流行的DECPDP小型计算机的基础上研制成功一台由个PDP处理机通过交叉开关与个共享存储器模块相连接而成的共享存储多处理器系统Cmmp。从年代开始微处理器技术一直在高速前进。稍后又出现了非常适合于SMP方式的总线协议而伯克利加州大学则对总线协议进行了扩展提出了Cache一致性问题的处理方案。从此Cmmp开创出的共享存储多处理器之路越走越宽现在这种体系目前世界高性能计算机的状况结构已经基本上统治了服务器和桌面工作站市场。同一时期基于消息传递机制的并行计算机也开始不断涌现。年代中期加州理工成功地将个ii处理器通过超立方体互连结构连结起来。此后便先后出现了InteliPSC系列、INMOSTransputer系列IntelParagon以及IBMSP的前身Vulcan等基于消息传递机制的并行计算机。年代末到年代初共享存储器方式的大规模并行计算机又获得了新的发展。IBM将大量早期RISC微处理器通过蝶形互连网络连结起来。人们开始考虑如何才能在实现共享存储器缓存一致的同时使系统具有一定的可扩展性(Scalability)。年代初期斯坦福大学提出了DASH计划它通过维护一个保存有每一缓存块位置信息的目录结构来实现分布式共享存储器的缓存一致性。后来IEEE在此基础上提出了缓存一致性协议的标准。年代以来主要的几种体系结构开始走向融合。属于数据并行类型的CM除大量采用商品化的微处理器以外也允许用户层的程序传递一些简单的消息CRAYTD是一台NUMA结构的共享存储型并行计算机但是它也提供了全局同步机制、消息队列机制并采取了一些减少消息传递延迟的技术。随着商品化微处理器、网络设备的发展以及MPIPVM等并行编程标准的发布机群架构的并行计算机出现。IBMSP系列机群系统就是其中的典型代表。在这些系统中各个节点采用的都是标准的商品化计算机它们之间通过高速网络连接起来。今天越来越多的并行计算机系统采用商品化的微处理器加上商品化的互连网络构造这种分布存储的并行计算机系统称为机群。国内几乎所有的高性能计算机厂商都生产这种具有极高性能价格比的高性能计算机并行计算机就进入了一个新的时代并行计算的应用达到了前所未有的广度和深度。目前世界高性能计算机的状况并行计算机随着微处理芯片的发展已经进入了一个新时代。目前并行计算机的性能已经接近TFLOPSTFLOPS的并行计算机正在规划之中。我国并行计算机的研制已经走在世界前列正在研制生产TFLOPS的巨型计算机系统。年由联想公司生产的深腾在年月世界TOP排名中位列第名年曙光公司生产的曙光A在年月的世界TOP排名中位列第名这是我国公开发布的高性能计算机在世界TOP中首次进入前十名这标志着我国在并行计算机系统的研制和生产中已经赶上了国际先进水平为提高我国的科学研究水平奠定了物质基础。表是按照年月公布的世界TOP排名榜得出的。从TOP的前名表来看美国仍然是超级计算机的最大拥有者。按照世第一章预备知识表:世界TOP并行计算机RanksitecomputerRmaxcountryyearprocessormanufacturerRpeakIBMDOEBlueGeneLDDbetaSystem,GHzPowerPCUnitedStatesIBMNASAAmesSGIAltixGHz,VoltaireInfinibandUnitedStatesSGIEarthSimCenterEarthSimulatorJapanNECBarcelonaSCeServerBladeCenterGHzPowerPC,MyrinetSpainIBMLLNLThunderItaniumTigerGHz,QuadricsUnitedStatesCaliforniaDigitalCorpLANLASCIQAlphaServerSC,GHzUnitedStatesHPVirginiaTechSystemXDualGHzAppleXServe,InfinibandUnitedStatesSelfmadeIBMRochesterBlueGeneLDDPrototypeGHzPowerPCUnitedStatesIBMLLNLNAVOCEANOeServerpSeriesGHzPowerUnitedStatesIBMNCSATungstenPowerEdgeXeonGHz,MyrinetUnitedStatesDell可扩展的并行计算机体系结构界TOP的统计数据来分析美国在计算能力上占有近全世界的一半在TOP中的所有计算机中拥有的数量超过。表:世界TOP并行计算机体系结构分析countshareRmaxsumRpeaksumprocrssorsumClusterConstellationsMPP从表可以看出目前世界高性能计算机的主流结构是机群。可扩展的并行计算机体系结构根据指令流和数据流的不同通常把计算机系统分为四类,:•单指令流单数据流(SISD)•单指令流多数据流(SIMD)•多指令流单数据流(MISD)•多指令流多数据流(MIMD)并行计算机系统除少量早期的、专用的SIMD系统外绝大部分为MIMD系统。目前主要的并行计算机系统有五种:•并行向量机(PVPParallelVectorProcessor)•对称多处理机(SMP,SymmetricMultiprocessor)•大规模并行处理机(MPPMassivelyParallelProcessor)•机群(Cluster)•分布式共享存储多处理机(DSMDistributiedSharedMemory)。这五类计算机系统代表了当今世界并行计算机的主要体系结构下面我们简单介绍一下SMP、DSM、MPP和机群并行计算机系统。对称多处理机系统图是对称多处理机系统的简单结构它由处理单元、高速缓存、总线或交叉开关、共享内存以及IO等组成。SMP具有如下特征:•对称共享存储:系统中的任何处理机均可直接访问任何内存模块的存储单元和IO模块连接的IO设备且访问的延迟、带宽和访问成功率是一致的。所有内存模块第一章预备知识CPUCacheCPUCacheCPUCacheMemoryMemoryIOBusorCrossbarSwitch图:对称多处理机系统的地址单元是统一编码的各个处理机之间的地位相同。操作系统可以运行在任意一个处理机上。•单一的操作系统映像:全系统只有一个操作系统驻留在共享存储器中它根据各个处理机的负载情况动态分配各个处理机的负载并保持每个处理机的负载均衡。•局部高速缓存及其数据一致性:每个处理机均有自己的高速缓存它们可以拥有独立的局部数据但是这些数据必须保持与存储器中的数据是一致的。•低通信延迟:各个进程根据操作系统提供的读写操作通过共享数据缓存区来完成处理机之间的通信其延迟通常远小于网络通信的延迟。•共享总线的带宽:所有处理机共享同一个总线带宽完成对内存模块的数据和IO设备的访问。•支持消息传递、共享存储模式的并行程序设计。SMP具有如下缺点:•欠可靠:总线、存储器或操作系统失效可导致系统全部瘫痪。•可扩展性差:由于所有处理机共享同一个总线带宽而总线带宽每年才增加倍跟不上处理机速度和内存容量的发展步伐。因此SMP并行计算机系统的处理机个数一般少于个也就只能提供每秒数百亿次的浮点运算性能。SMP的典型代表:•SGIPowerChallengeXL系列并行计算机(个MIPSR微处理器)•COMPAQAlphaserver(个Alpha微处理器)•HPHPT(个HPPA微处理器)•IBMRSR(个RS微处理器)可扩展的并行计算机体系结构分布共享存储处理机系统CPUCacheHUBHighPerformanceInterconnectNetworkCPUnCacheHUBRouterMpCPUCacheCacheCPUnMRouterNodeNodep图:分布共享存储处理机系统图是分布共享存储处理机系统DSM较好地改善了SMP的可扩展能力是目前高性能计算机的主流发展方向之一。DSM的特点:•并行计算机以节点为单位:每个节点由一个或多个CPU组成每个CPU拥有自己的局部高速缓存(Cache)并共享局部存储器和IO设备所有节点通过高性能网络互联。•物理上分布存储:内存模块局部在各节点中并通过高性能网络相互连接避免了SMP访存总线的带宽瓶颈增强了并行计算机系统的可扩展能力。•单一的内存地址空间:尽管内存模块分布在各个节点但是所有这些内存模块都由硬件进行了统一编址并通过互联网络联接形成了并行计算机的共享存储器。各个节点既可以直接访问局部内存单元又可以访问其它节点的局部存储单元。•非一致内存访问(NUMA)模式:由于远端访问必须通过高性能互联网络而本地访问只需直接访问局部内存模块。因此远端访问的延迟一般是本地访问延迟的倍左右。•单一的操作系统映像:类似于SMP在DSM并行计算机中用户只看到一个操作系统它可以根据各个节点的负载情况动态地分配进程。•基于高速缓存的数据一致性:通常采用基于目录的告诉缓存一致性协议来保证各节第一章预备知识点的局部高速缓存数据与存储器中的数据是一致的。同时我们称这种DSM并行计算机结构为CCNUMA结构。•低通信延迟与高通信带宽:专用的高性能互联网络使得节点间的访问延迟很小通信带宽可以扩展。例如目前最具代表性的DSM并行计算机SGIOrigin它的双向点对点带宽可达GB秒而延迟小于个微秒。•可扩展性高:DSM并行计算机可扩展到上千个节点能提供每秒数万亿次的浮点运算性能。•支持消息传递、共享存储并行程序设计。DSM的典型代表:•SGIOrigin、、•SGIAltix。大规模并行计算机系统MCacheCPUCacheCacheMCPUMpCPUpSpecializedInterconnectNetwork图:大规模并行计算机系统图是一个大规模并行计算机系统的简单结构它是并行计算机发展过程中的主力现在已经发展到由上万个处理机构成一个系统随着并行计算机的发展几十万个处理机的超大规模系统也会在不久的将来问世。MPP的特点:•节点数量多成千上万这些节点由局部网卡通过高性能互联网络连接。•每个节点都相对独立并拥有一个或多个微处理机。这些微处理机都有局部高速缓存并通过局部总线或互联网络与局部内存模块和IO设备相连接。•MPP的各个节点均拥有不同的操作系统映像一般情况下用户可以将作业提交给作业管理系统由它来调度当前系统中有效的计算节点来执行该作业。同时MPP系统也允许用户登录到指定的节点或到某些特定的节点上运行作业。•各个节点上的内存模块是相互独立的且不存在全局内存单元的统一硬件编址。一般情况下各个节点只能直接访问自身的局部内存模块。如果需要直接访问其它节点的内存模块则必须有操作系统提供特殊的软件支持。可扩展的并行计算机体系结构MPP的典型代表:•ICTDawning(个处理机)•IBMASCIWhite(个处理机)•IntelASCIRed(个处理机)•CrayTE(个处理机)机群系统•Linux机群系统己成为最流行的高性能计算平台在高性能计算机中占有越来越大的比重•系统规模可从单机、少数几台联网的微机直到包括上千个结点的大规模并行系统•既可作为廉价的并行程序调试环境也可设计成真正的高性能并行机•普及并行计算必不可少的工具•用于高性能计算的机群系统在结构上、使用的软件工具上通常有别于用于提供网络、数据库服务的机群(后者亦称为服务器集群)•TOPSupercomputerSites•ClusterTOP•参考资料:用关键字“clusterhowto”在网上搜索相关材料图:典型Linux机群系统构建Linux机群的要素•单台或联网的多台微机或服务器第一章预备知识•Linux系统:RedHat,Debian,SuSE,Mandrake,•(可选)高速内联网络:千兆以太网Myrinet,QsNet,DolphinSCI,Infiniband,•编译系统:gccgg,PGI,Intel,•MPI系统:MPICH,LAMMPI,•网络文件系统:NFS,PVFS,Lustre•资源管理与作业调度:PBS,Condor,LSF,•数学库:BLASMKL,ATLAS,KazushigeGoto’sBLAS(推荐)FFTWhttp:wwwfftworgLAPACKhttp:wwwnetliborglapackScaLAPACKhttp:wwwnetliborgscalapack•其它工具:PETSchttp:wwwunixmcsanlgovpetscpetscUGhttp:coxiwruniheidelbergde~ug专用并行机群指专门建造的用于并行计算的机群。•通常单独形成一个局域网再通过一个网关连接到Internet•通常使用内部IP地址(如x),对外部而言只有网关是可见的•可根据需要设立一至数台服务器分别承担网关、时钟同步(NTP)、NISLDAP、网络文件系统(NFS)、资源管理、用户登录、作业调度等服务•通过IP伪装(IPMasquerading)或网络地址转换(NAT,NetworkAddressTranslation)使得内部结点能够直接访问Internet(ipchains或iptables)•利用LVS(LinuxVirtualServer)将外部用户分配到登录结点•大型机群通常采用安装在机柜中的机架式或刀片式服务器并有专门配备的UPS及空调国内外超级计算中心状况美国超级计算中心简介•SanDiego超级计算中心(SDSC)成立于年通过大力发展计算科学和高性能计算推动国际科学和工程探索。随着这一传统宗旨逐渐步入先进计算设施(cyberinfrastructure)国内外超级计算中心状况的时代SDSC已经成为科学、企业、学术的战略资源担负着数据管理、网格计算、生物信息、地理信息、高端计算以及其它科学工程学科的领导地位。SDSC的使命是延伸科学成就向社会提供高性能硬件技术、集成软件技术以及深度的跨学科专业技能。•美国国家超级计算应用中心(NCSA)创建于年月。NCSA在高性能计算、网络、存储和数据分析领域具有较高国际声誉。它被一贯认为是创新性的科学工程系统和软件的先锋。NCSA的宗旨是与可种研究领域合作创建先进计算设施(cyberinfrastructure)探索新的科学发现。它的专业特长是应用最先进的计算机构建融合软件应用、可视化工具、数据挖掘和分析工具的工作系统。这些创新系统将成为未来先进计算设施的核心把分散系统连通成为单一、无缝的资源。NCSA是NationalScienceFoundation的TeraGrid计划的关键合作伙伴该计划投资了一亿美元帮助研究人员远程访问最快速的、顶级的超级计算机、可视化工具、应用软件、传感器、仪器以及大型存储设备。•Pittsburgh超级计算中心是CarnegieMellon大学、Pittsburgh大学以及WestinghouseElectric公司共同组建的。它成立于年得到多个联邦部门以及Pennsylvania周政府和私人企业共同体的支持。其使命是向国家社会提供一流的计算资源支持科学工程领域主要问题的解决推动计算科学、计算技术以及国家信息设施的发展向研究人员传授高性能技术以及它们的使用帮助私人部门开发高性能计算软件促进他们的竞争优势。•中国大陆超级计算中心简介•国家高性能计算中心(北京)是国家科委在曙光大规模并行计算机研制成功之后于年月批准成立的第一个高性能计算中心。•国家高性能计算中心(合肥)是国家科委于年月日批准成立的”中国合肥高性能计算中心”的前身年月日国家科技部将其易名为现名。中心隶属于安徽省科技厅、中国科学技术大学、中国科学院合肥分院和中国科学技术大学高等研究院。•国家高性能计算中心(成都)是1997年11月11日在西南交通大学正式挂牌成立的。•国家高性能计算中心(武汉)成立于年月日是经国家科委批准由国家科技部、国家教育部、湖北省科技厅、武汉市科委和华中科技大学共同出资支持的。•国家高性能计算中心(上海)成立于年月位于上海复旦大学由国家科技第一章预备知识部上海市科委和复旦大学合资组建。•国家高性能计算中心(杭州)于年月日依托浙江省基因组信息学重点实验室、浙江大学基因组信息学研究所在杭州成立。•国家高性能计算中心(西安)于年月日在西安交通大学揭牌。被称为”中国西部IT航母”信息化平台的启动标志着我国西部的信息化建设步入全国先进行列。•山东大学高性能计算中心作为国家”工程”首批重点建设的高等学校之一山东大学近年来一直致力于提高高新技术研究水平。年山东大学投资数百万元组建成立了该中心。•天津高性能计算中心于年月日在南开大学成立。旨在为天津培养高性能计算人才推动大规模科学与工程计算的发展抢占综合科技实力竞争的制高点。•北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心拥有超级并行计算机以及上百台高性能计算工作站是国内规模最大的超级计算中心之一。中心与所外建立了较广泛的学术交流与合作关系承担多项国家

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