高性能计算的应用领域

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回顾计算机问世半个多世纪的历史,高性能计算应用与高性能计算技术的发展是密不可分的。一方面,计算机技术的发展为高性能计算应用提供了强大工具和物质基础,应用开发也推动了高性能计算技术本身的发展。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。

近年来高性能计算在工业和制造业领域的应用越来越普遍和广泛。传统飞行器设计方法试验昂贵、费时,所获信息有限,迫使人们用先进的计算机仿真手段指导设计,大量减少原型机试验,缩短研发周期,节约研究经费。目前在航空、航天、汽车等工业领域,利用计算流体动力学进行的反复设计、分析、优化已成为标准的必经步骤和手段。

随着计算机技术的飞速发展,高性能计算机的计算速度不断提高。高性能计算机也从专门的科研计算机领域向更广阔的商业计算信息化服务以及传统产业领域扩展。从传统应用到新兴应用。历史上,物理和工程科学是计算和计算机科学应用驱动者。现今,像生物科学等是计算和计算机科学的受益者。将来,社会科学和人文科学则是计算和计算机科学的主要消费者。此外,在过去20年,传统的科学与工程计算占据了高性能计算的主导地位,计算物理是其应用的主要驱动力,最近几年,与社会相关的应用急剧增加与传统的计算应用分享市场空间。高性能计算研究侧重点在包括硬件、软件、人机界面、安全协议的使用,处理巨量的数据。高性能计算也在数据安全、数据管理、建立诚信机制等方面带来一系列技术和应用。

地球科学

气候变化应对决策支撑高性能计算机系统可使天气预报应用模式运行性能得到显著提升。高性能计算机系统不仅让分辨率得到明显提高,而且让预报时效得到有效提升。同时在灾害分析,石油勘探等方面发挥了重要作用。

工业制造

船舶设计、汽车设计和碰撞模拟以及三峡工程施工管理和质量控制等领域都有高性能计算机也有成功应用的实例,如图1所示。

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图1 高性能计算在工业设计上的应用

海量信息处理

主要研究海量信息内容识别和信息检索的关键技术,实现海量数据统计分析、超大规模、高复杂性优化问题求解以及复杂离散系统的建模,确立基于高性能计算和网格计算的海量信息存储和处理的形式化理论与方法。