高性能计算

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高性能计算(High Performance Computing,HPC)泛指数量大、快速、高效的运算。

基本概念

高性能计算是计算机科学的一个重要分支,主要研究并行算法和开发相关软件,致力于开发高性能计算机。

具体来说,高性能计算是研究如何将一个需要非常强大的计算能力才能解决的问题分成若干子部分,由多个计算机处理,并把这些计算结果综合得到最终的结果。

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高性能计算技术被广泛地应用于核武器研究和核材料储存仿真、生物信息技术、医疗和新药研究、计算化学、天气和灾害预报、工业过程改进和环境保护等许多领域。值得注意的是游戏等娱乐领域近年来已逐步成为HPC新的用户。

应用范围

高性能计算主要应用在三个方面。

1.计算密集型:主要指大型科学工程计算、数值模拟等方面的应用,如石油、气象、计算机辅助设计、制药、环境监测分析以及系统仿真等。

2.数据密集型:主要是海量数据处理,如图书馆、银行、证券、税务以及决策等支持系统。

3.通信密集型:主要指协同工作、网格计算、遥控和远程诊断,如网站、信息中心、搜索引擎、电信、流媒体等。

应用案例

应用1-天气预报

案例:准确的天气预报需要大量的分析数据,这些数据的分析需要进行高性能计算才能完成,高性能计算使得天气预报系统运行性能提高,主要表现在分辨率明显提高,天气预报的准确性和实时性也得到提升。

应用2-飞行器设计

案例:传统飞行器设计方法试验昂贵、费时,所获信息有限。如果运用高性能计算,人们可以用仿真手段指导设计,但是这种仿真对计算机性能要求很高,一般都在高性能计算机上记性,可以大量减少原型机试验,缩短研发周期,节约研究经费。

应用3-设备互联

案例:好利威尔公司和通用电气公司用网络将全球各地设计中心的服务器和贵重设备连于一体,以便于工程师和客户共同设计产品,设计时间可缩短100倍。这就将一个复杂的产品设计工程分配到全球各地的工程师和客户手里,大大提高了工作效率。

可以体现的计算思维

高性能计算的运用体现了计算思维中“并行”和“分解”的特点。