前言：中文期刊網精心挑選了高性能計算機范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。

高性能計算機范文1

[關鍵詞]芯片測試 可測型設計 內建自測試 掃描設計

[中圖分類號]TN492 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2016）20-0147-02

一、可測性設計與測試功耗

為了保證芯片的正確性，最重要的兩個環節就是在設計時的驗證，以及制造后的測試，然后隨著芯片規模的不斷擴大，導致測試的成本、難度和功耗都隨之增大。為了解決這些難題，學術界和業界都做出了相應的研究和貢獻。在這些成果之中，最為廣泛的就是：在設計時就考慮到測試問題，即進行可測性設計（Design for Test）。可測性技術將測試的問題提升到設計階段，因為越早的解決問題，消耗的成本越少，所以，在設計時不僅要考慮設計規則，同時也要滿足DFT規則。通常的可測型設計方法包括掃描設計（Scan Design）、內建自測試（BIST）和邊界掃描設計（Boundary Scan Design），針對邏輯電路和存儲器各自的特征和不同的故障類型，都有適合其本身的DFT方法，其中，掃描設計主要用于數字邏輯電路，邊界掃描設計主要用于板級電路，內建自測試主要用于存儲器的測試，同時隨著邏輯電路規模的不斷上升，邏輯內建自測試也成為了一個研究的熱點，除此之外，IDDQ的測試也是一種常用的方法，但隨著特征尺寸的不斷下降，它逐漸失去了原有的檢測功能。在解決SOC的測試時，The Test Technology Technical Council （TTTC） of IEEE Computer Society 成立了一個嵌入式核測試的委員會，制定了IEEE P1500標準，同時基于NOC（Network On Chip）的測試也在不斷發展中。[2]

二、常見的可測性技術

在現代集成電路的測試中，不僅要保證檢測到芯片中所有的故障，并且同時要降低測試成本，其中包括測試時間、功耗和測試壓縮。然而進入納米時代后，集成規模不斷擴大，使得只利用傳統的測試方法根本無法對被測芯片做到完整的測試。其根本原因在于芯片內部各個節點的可測性，即可控制性和可觀測性。無數的學者和工程師都為了改善可控制性和可觀測性做了非常深入的研究。最初的方法是一種叫做Ad Hoc的方法，這種方法直截了當的在電路中插入控制點和觀測點來改善它的可測性，一般的做法是加入多路選擇器和一些簡單的組合邏輯門，這樣雖然在當時取得了非常不錯的效果，但是隨著電路功能的進一步復雜，規模的進一步擴大，這種方法也顯現出了它的局限性。[3]為此，業界不得不探究新的方法來解決這一問題，最終產生了三種被廣為接受的可測試設計方法，即掃描設計（Scan Design）、內建自測試（BIST）和邊界掃描設計（Boundary Scan Design）。這三種方法至今仍是工業界主流的可測試設計方法，并且為多數EDA工具供應商所接受，將他們整合到相應的EDA工具中，完成自動化設計流程。

掃描設計的優化：由于全掃描設計存在面積開銷較大和測試路徑較長等問題，因此在一般的設計中都要插入不止一條的掃描鏈，將這些掃描觸發器連接在不同的掃描鏈上，但掃描條數也不應過多，因為每增加一條掃描鏈將要增加一個掃描輸入端口和一個掃描輸出端口，通常所遵循的原則是：盡量使每條掃描鏈的長度相等，充分考慮端口的數目和復用，同時也要參考自動測試儀（ATE）的通道數目和數據存儲量，對掃描鏈條數進行合理的分配。

測試圖形生成：經過了掃描設計的電路，掃描觸發器代替了原來的普通觸發器形成了掃描鏈，使得原本要利用時序電路測試生成方法的電路，現在只需要利用組合電路的測試生成方法就可以達到很高的故障覆蓋率，降低了測試生成的難度，同時也減少了測試數據。在現在EDA設計平臺下，所有的EDA公司都提供了掃描鏈插入和測試圖形生成的整套EDA工具，并且兩者之間可以很好結合。例如Synopsys公司的DFT Compiler和TetraMax就是專門的用于掃描設計的工具，DFT Compiler可以對電路進行觸發器的替換，之后再將替換后的觸發器按設計者的實際需要連接成掃描鏈，之后將生成的文檔交給TetraMax，讓它根據所選的故障類型生成滿足一定覆蓋率要求的測試圖形，同時可以對測試圖形進行壓縮，測試圖形包括STIL、Verilog等多種形式可供選擇。這些都可以很好地被ATE所支持，最終完成芯片的測試。[5]

內建自測試：當芯片的功能進一步加強，使得芯片的復雜度和規模不斷上升，掃描設計也出現了一些較為棘手的問題。例如測試圖形的加載、管腳數目較少和測試費用較高。針對這一系列的問題，內建自測試（BIST）的方法應運而生。內建自測試的基本思想就是將測試圖形發生器和測試響應比較器都內嵌到電路里面。它一般包括測試激勵生成電路、測試響應壓縮電路、測試響應比較電路、理想響應存儲電路和測試控制電路。

窮舉測試：窮舉測試是要對電路中的每一個狀態都進行測試，在Intel 80386中就利用了這種方法進行測試激勵的生成，但是一般情況下這種方法是不可行的，也是不必要的。因為大規模電路的內部狀態將隨著它的內部節點和邏輯門數隨指數增長，同時，在一個芯片內部，很多狀態在實際的功能中并未被使用，因此并沒有必要λ們進行測試。

偽窮舉測試：偽窮舉測試克服了窮舉測試中測試圖形較多的缺點。一般的做法是將電路進行模塊劃分或進行敏化路徑分割。模塊劃分是對電路中的模塊按照功能進行合理劃分，這樣就可以對每一部分進行直接的控制和觀測，但是這樣會增加額外的電路面積。而敏化路徑分割是根據PI和PO建立起敏化路徑，對每一部分進行單獨的測試，并且利用邏輯模擬其他部分的功能，這樣就可以使故障在路徑上進行正常的傳播。

偽隨機測試：這種測試圖形生成方法是現下比較成功的一種，因為在現實的測試中，想要生成真正的隨機測試碼是不可能的。偽隨機生成的測試圖形是確定的，并且具有重復性。最常使用的偽隨機測試圖形都是根據線性反饋移位寄存器（LFSR）生成的，LFSR作為一個數據發生器，它在每一位上出現0和1的概率都是相等的，一般是利用DFF和異或門進行組合。根據LFSR的本原多項式隨著時鐘的變化生成一系列的測試圖形，在該方法的啟示下，又提出了加權偽隨機測試圖形生成方法。同時隨著電路測試數據的進一步壓縮，之前的研究中提出了一種新型的二維偽隨機測試圖形生成方法，該方法是利用了LFSR和Johnson序列進行運算，Johnson計數器隨著時鐘周期每次變化一位，當Johnson計數器完成了所有的跳變，LFSR根據本原多項式生成新的種子，從新運算得到新的測試圖形，該方法由于利用了二維結構使得測試數據取得了很高的壓縮率，并且每次只有一位進行變化，從而達到了降低功耗的目的，同時由于具有很好的偽隨機性，使得故障覆蓋率達到了很好的效果。

測試響應：當得到測試響應后，因為測試響應的數據量過大，不可能直接與理想響應進行比較，因此一般都是要先對測試響應進行壓縮，然后再進行對比。然而在響應壓縮過程中，有可能會對原有信息造成丟失，這種壓縮稱為有損壓縮，不丟失信息的則是無損壓縮，大多數情況下的響應壓縮都是有損的，由于經壓縮后的響應為特征符號，當該特征符號與理想的特征符號一樣時，由于有信息丟失也不能確保該芯片一定沒故障，這種情況稱為混淆，混淆度的大小決定于壓縮算法。常用的壓縮算法有：“1”計數和跳變次數壓縮。

“1”計數：這種壓縮方法是對測試響應中的“1”進行計數，最終得到的特征符號就是該測試響應中“1”的個數。用該特征符號與理想的特征符號進行比較，如果有故障的電路的測試響應的“1”個數也與理想響應的一樣，這樣就會出現混淆，混效率隨著測試響應的長度變長而減小。

內建自測試的分類：內建自測試在最初提出的時候，主要是用于存儲器，因為存儲器的故障模型和邏輯電路不同，而且它的內部結構十分的規律，同時又只有很少的面積開銷，因此使用內建自測試得到了很好的效果。后來隨著邏輯電路規模的進一步擴大，對ATE的要求越來越高，使得測試成本急劇上升，從而邏輯電路內建自測試的方法也得到了廣大學者和業界的關注。

存儲器內建自測試：當在存儲器內建自測試中，最主要的問題是測試的調度和隔離問題。在現代集成電路中，每一塊芯片中都不止一塊的存儲器，它們協同合作與邏輯電路交換數據。對于他們進行測試時，一般是共用一個測試圖形發生器，根據測試功耗及端口的數目對它們進行合理的測試調度，使得在不超過額定測試功耗的前提下，最大程度的減少測試時間和成本。在與邏輯電路的交互中，存儲器周邊的邏輯單元起著至關重要的作用，當對存儲器測試時，要將存儲器和周圍的邏輯單元隔離開，使得測試數據可以直接加載到存儲器上，同時也可以直接對測試響應進行觀測，而不受周圍邏輯的限制。

邏輯內建自測試：邏輯內建自測試的原理與存儲器的類似，而它的關鍵問題在于測試激勵的生成。因為內建自測試不同于ATPG工具，ATPG工具可以根據軟件的方法生成能檢測到故障的測試圖形，但內建自測試卻不同，它是要根據硬件電路生成固定的測試圖形，在這其中，或許有很多的測試圖形是不能檢測到故障的。因此如果要達到與ATPG工具同樣的故障覆蓋率就較為困難。當前較常使用的激勵生成方法還是主要利用LFSR的偽隨機性，再結合一些加權因子，這些方法不僅在測試覆蓋率上有不錯的效果，而且在功耗及時間方面都表現出很好的潛力。

邊界掃描設計作為又一種DFT方法，它遵循JTAG標準，早期主要利用于一些FPGA電路中，后來經過進一步的修訂和標準化，現在將它擴展到主要解決板級測試和診斷的問題。基本結構：邊界掃描的整體結構包括一個測試存取通道（TAP）、一組邊界掃描寄存器和一個TAP控制器。

邊界掃描寄存器環繞在器件周圍，功能和掃描設計的寄存器類似，內部的邏輯可以通過這些存儲器進行數據和指令的讀寫，主要包括指令寄存器和數據寄存器。而數據寄存器又包括旁路寄存器、邊界掃描寄存器和器件標志寄存器。

TAP控制是個狀態機，主要含有了多種邏輯狀態，包括：測試邏輯復位、選擇指令寄存器掃描、選擇數據寄存器掃描、捕獲數據寄存器和數據寄存器移位等，由這些狀態的轉換可以完成整個測試過程。

邊界掃描指令：在邊界掃描設計下，TAP控制器有多重測試指令，按照這些指令可以完成相應的測試功能，主要包括以下指令：外測試指令（EXTEST）：該指令是為了測試芯片外部的互聯結構。內測試指令（INTEST）：該指令是為了測試芯片內部的邏輯。運行內建自測試指令（RUNBIST）：該指令是為了向器件內部發送一個內建自測試的命令。取器件標志指令（IDCODE）：該指令主要是從器件內部讀取器件的標號及廠商信息。組件指令（CLAMP）：該信號是為了強制器件的輸出信號與邊界掃描寄存器驅動。旁路指令（BYPASS）：該指令的功能是用旁路寄存器旁路掉邊界掃描鏈。

本文重要介紹了集成電路測試的一些基本原理，其中最主要的是可控制性和可觀測性，它們作為整個集成電路測試的重中之重，所有的測試方法和算法都是為了提高這兩方面的性能。接下來簡述了故障和ATPG相關信息，它們是電路測試的理論基礎，只有建立了完整的故障模型，才有可能對電路進行接下來的測試。最后概述了常用的幾種可測性設計方法，它們都是現下主流的方法，芯片在應用了這些可測性設計方法以后，大大提高了測試效率，使得測試成本急劇下降，但由于芯片規模的進一步擴大，測試的時間及功耗成為了研究的熱點問題，尤其是掃描設計的功耗更是成為學者所關心的焦點。

【參考文獻】

[1]Qiu W， Wang J， Walker DMH， et al. K Longest Paths Per Gate Test Generation for Scan-Based Sequential Circuit[C].IEEE International Test Conference，2004：223-231.

[2]Semiconductor Industry Association（SIA）.Test and Test Equipment，International Technology Roadmap for Semiconductors（ITRS） 2006 Update[R].2006.http：///辛希孟信息技術與信息服務國際研討會論文集：A集[C].北京：中國社會科學出版社，1979.

[3]Sehgal A， Chakrabarty K. Optimization of Dual-Speed TAM Architectures for Efficient Modular Testing of SOCs[J].IEEE Transactions On Computers，2007，56（1）：120-133.

[4]Maxwell P，Hartanto I，Bentz paring Functional and Structural Test[C].IEEE International Test Conference，2000：400-407.

高性能計算機范文2

關鍵詞:虛擬主機平臺;VMware ESX;高性能計算機;虛擬技術

中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)18-5065-02

現代高性能計算機應用越來越普及、應用的范圍越來越廣,各種各樣的網絡系統,各種硬件和軟件資源的規模不斷增多,以及隨著個人計算機操作水平不斷提高,因此對計算機信息系統的管理水平要求越來越高,另外由于人們的工作需要,各種的系統的被引入,導致系統的規模越來越大,各種隨之配套的硬件越來越多而且復雜,就會導致計算信息系統的可靠性及安全性不斷降低。隨著高性能計算機出現及應用的普及,使用虛擬主機平臺(VMware ESX)解決上述問題變為行之有效的方法。

目前虛擬技術應用主要在臺式電腦和應用服務器上,包括軟件應用(如VMware workstation、Virtual PC、Xen和VMware ESX )及硬件應用(如Inter的VT-x、VTi和AMD的Pa-cific技術)。本文主要對虛擬技術軟件應用部分虛擬主機平臺(VMware ESX)在高性能計算機應用進行探討,然后對虛擬主機平臺的前景進行了分析。

1 虛擬主機平臺(VMware ESX)在高性能計算機應用的探討

目前,國外公司及國內一些事業單位已經開始把虛擬主機平臺(VMware ESX)在高性能計算機應用,并取得一定成功,包括實現了:低碳節能、提供數據中心級的高可用性、實現整個虛擬化IT環境的管理、整合異構資源、虛擬化集群管理、實現異地備分。

1.1 低碳節能

一個完善的計算機信息系統應用一般包括OA、WEB、FTP、AD、VPN、E-MAIL、電子圖書館、電子閱覽室、網管、防病毒、計費等系統,按管理及使用功能的不同或管理部門的不同,需要設置多臺甚至每系統都要設置服務器。應用虛擬主機平臺(VMware ESX)我們可以把輕負載應用(如OA及一些基礎服務系統等)整合到VMware ESX上。通過利用較少數量的服務器運行同樣數量的系統應用程序, 降低設備成本和能耗成本。減少服務器設備本身就可以減少耗電,另外由于硬件設備的減少,UPS損耗和散熱空調也會隨之省電。另一方面可以節省服務器空間,隨著各種系統應用增多,不需要隨之大量采購硬件設備,從而達節約能耗,實現低碳節能。

1.2 提供數據中心級的高可用性

虛擬主機平臺(VMware ESX)本身的就是一個高可用性的基礎架構。當我們將一些系統應用程序放在該虛擬平臺上時,它也就具有了高可用的特性。在這樣的技術平臺下面,我們既可以很好處理故障切換,也可以很好地均衡資源,包括:利用VMware ESX可以實現對各應用系統采用最低或最高或按比例分配 CPU、內存、磁盤和網絡帶寬共享資源,實現優化虛擬機資源分配。CPU的虛擬化可以提高服務器利用率,不會導致關鍵服務因缺少 CPU 資源的風險。存儲的虛擬化可以利用高性能的共享存儲器來集中存儲虛擬機文件,各種應用系統從而獲得更高的可管理性、靈活性和可用性。網絡的虛擬化能實現網絡虛擬機與物理機一樣的功能。進行生產部署或開發及測試時,可在單個 VMware ESX平臺或跨多個 VMware ESX 平臺安裝來構建復雜的網絡。另外具有增強的網卡分組功能。VMware ESX可以為每臺網絡虛擬機提供內置的網卡故障切換和負載平衡功能,實現了更高的硬件可用性和容錯能力。利用網卡分組策略允許用戶配置多個活動和備用適配器。同一虛擬交換機上的不同端口組可以使用不同的分組配置,甚至不同的端口組還可以為同一個組選擇不同的分組算法。

因此通過使用虛擬主機平臺(VMware ESX)的以上功能,可以讓出現的故障只能影響到其中一VM,即使出現故障,也可以通過VM轉移、重啟VM等方法迅速恢復系統的運行。以較低的運行成本提供高級業務連續高可用性保護,同時為關鍵應用程序提高可用性,同時為了提高了系統的可靠性和容災能力。

1.3 整合異構資源―平滑遷移

虛擬主機平臺(VMware ESX)能夠實現將多個操作系統的異構開發、測試和臨時環境整合到同一個硬盤上。由于各種信息應用系統的研發公司和研發平臺及運行環境的不同,導致產品的使用的軟、硬件環境要求不一樣,如(只能支持WINDOWS或只能支持LINNIX),VMware ESX平臺上可以運行未經修改的 Windows、Linux、Solaris 和 NetWare 操作系統。并能支持64 位客戶操作系統,運行以非 VMware 格式創建的虛擬機。虛擬主機平臺能夠在物理機與虛擬機之間平滑地過渡。比如像OA、WEB這樣的一些前端應用,從客戶端來看在物理機和虛擬機上的應用效果都一樣的。虛擬主機平臺升級的時候,虛擬主機平臺相應的工具也能夠實現平滑的遷移。

部分早年開發的應用系統程序由于開發環境的原因,只能運行在原來的操作系統安裝與運行,但隨著新式的硬件的出現,需要在新的操作系統支持新的硬件,利用虛擬主機平臺能將早年開發的應用程序重新放到新硬件上來運行,實現了系統的平滑遷移。

1.4 實現整個虛擬化IT環境的管理―管理簡單

虛擬主機平臺(VMware ESX)支持對整個虛擬化IT環境的管理。包括軟件和硬件的管理,如使用通用的用戶界面來管理 VMware ESX、虛擬機和 VirtualCenter Server,可使用任何支持 SMI-S 的標準存儲管理工具監控虛擬存儲。使用簡單的 Web 界面(以前稱作“管理用戶界面”或 MUI)管理 VMware ESX。使用通用信息模型 (CIM) 通過 VirtualCenter 或與 CIM 兼容的第三方工具提供監控硬件的狀態。

另外通過虛擬機平臺上的管理工具,可以很清楚地看到所有的虛擬機的狀態,并對所使用的資源進行有效的監控和調配。如果是物理機器,我們并不能保證每臺服務器在7x24小時都能連上去,甚至需要購置第三方的管理軟件來監控。這些都會增加了系統的復雜性和運行成本。

1.5 虛擬化集群管理

虛擬主機平臺(VMware ESX)提供了無與倫比的性能和可擴展性,即使最占用資源的生產應用程序(如數據庫、ERP 和 CRM)也能實現虛擬化,因為VMware ESX虛擬技術支持:

1)RAM 超額負載。配置虛擬機內存以使其安全地超出物理服務器的內存,例如,在物理內存為 8GB 的服務器上運行的所有虛擬機的總內存可達到 16GB。

2)支持功能強大的物理服務器系統。能支持規模非常大的服務器系統(包括多達 32 個邏輯 CPU 和 256 GB RAM)實施大規模服務器整合和容災項目。

3)異構存儲陣列。在同一 VMFS 卷中使用多種異構存儲設備。

4)靈活的虛擬交換機設置。可以創建端口數在 8 到 1016 之間的虛擬交換機,并且每臺主機支持多達 248 個虛擬交換機。并提供4GB 光纖通道 SAN 支持。

因此在虛擬主機平臺(VMware ESX)需要增加服務器時都很簡單,只需要把服務器連接到機群,并配置好,虛擬主機平臺就可以自動地利用這個服務器的資源了。增加虛擬主機平臺也同樣簡捷,復制一份相同配置到相應服務器并做簡單的配置就可以正常運行,不需要考慮服務器的異構等硬件因素,縮短了部署時間。

1.5 實現異地備份

在虛擬主機平臺(VMware ESX)上,采用EMC Avamar虛擬備份工具正好相配,實現虛擬機異地備份。EMC Avamar Virtual Edition (AVE)是最優秀的重復數據刪除技術之一,它是一種源端的全局重復數據刪除技術。其特點是,在數據源開始處感知應用,能夠針對具體應用數據(例如,Oracle數據庫、SQL Server數據庫、Word文檔、PPT文檔、電話錄音、流媒體等等)的特點,實現最大限度的重復數據刪除,刪除率高達300:1甚至更高,從而減少需要備份的負載,提高備份速度,是視可替代傳統磁帶的數據備份工具。EMC Avamar Virtual Edition (AVE)是一種完全虛擬化的備份和恢復解決方案,通過Avamar 在源位置執行全局重復數據刪除的技術與 VMware 虛擬基礎架構的高效性結合起來,實現虛擬機異地備份。如果采用物理版本,就等于要多配置一臺服務器。為了保證高可靠性,可能還需要購置兩套互做支持,以防止硬件故障。而作為軟件,Avamar虛擬化版本在可靠性、可管理方面都比在物理機上占優勢,備份客戶端免費,不限備份客戶端數目和類型,可以隨時追加備份卻不用追加投資。如果采用別的備份方案,至少還要采購一臺服務器和一個磁盤陣列,運行成本也會高出許多,另外實現容災也變得復雜許多。

2 虛擬主機平臺(VMware ESX)應用前景分析

虛擬機技術目前在臺式計算機的應用已經相當普及(如Virtual PC等在教育和科研體系中的應用),而虛擬主機平臺(VMware ESX)的應用還只在小范圍。隨著現代高性能計算機應用越來越普及,對計算機的信息系統的管理水平要求越來越高,虛擬主機平臺(VMware ESX)將作為高性能計算機領域解決新出現的技術問題新的方法。

1)異地備分。提高容災能力,一直以來,一般企業的關鍵業務數據只是采用B2D作為備份文件進行簡單備份,并且每個系統分散備份,備份副本少,備份管理效率低。為了解決上述問題,可以使用虛擬技術建立本地異機備份方案,在不影響現有架構的情況下實現集中備份,提高數據的安全性和高容災能力。

2)虛擬化集群管理。虛擬技術提供了無與倫比的性能和可擴展性,能使用多種異構存儲設備,為客戶端提供統一的系統環境和與物理機上一樣的應用效果,為用戶的運行成本。

3)提供高可用性的基礎架構。由于各種系統的引入導致系統的規模越來越大,各種隨之配套的硬件越來越多而且復雜,這樣就導致計算系統的可靠性及安全性不斷降低。為了提高系統的可靠性和容災能力,使用虛擬技術可以使故障只能影響到其中一VM,即使出現故障,也可以通過VM轉移、重啟VM等方法迅速恢復系統的運行。

3 結束語

與臺式計算機的應用虛擬技術在現代高性能計算機應用,虛擬主機平臺目前只在一些高端用戶使用,如銀行、證券等行業,這些除了對計算機性能有苛刻的要求外,還必須技術工程人員的對各種系統的熟練程度要求較高。隨著高效率的虛擬技術的不斷發展以及新硬件對虛擬技術的支持,各種信息系統在虛擬主機平臺應用是一個需要不斷探討的問題。

參考文獻:

[1] 薩曼達.信息存儲與管理:數字信息的存儲、管理和保護[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[2] 錢磊,李宏亮,謝向輝,陳左寧.虛擬化技術在高性能計算機系統中的應用研究[J].計算機工程與科學,2009,31(A1).

高性能計算機范文3

本報訊如果說去年中國高性能計算機應用還局限在幾十萬億次量級，那么進入今年下半年已經上升到百萬億次。6月下旬，浮點運算處理能力可以達到230萬億次（交付用戶使用能力200萬億次）的高性能計算機“曙光5000”率先落戶上海超級計算機中心。一個多月后的8月7日，聯想集團與中國科學院計算機網絡信息中心（以下簡稱中科院網絡中心）在京舉行了百萬億次高效能計算機系統簽約儀式。根據協議，聯想公司將研制并部署一套具備每秒百萬億次運算能力的“深騰7000”高效能計算機，用于裝備中科院超級計算環境總中心和國家網格（北方）主節點。整個項目將于年底前完成并投入使用。

聯想承接研制的百萬億次高效能計算機的節點機，將采用模塊化刀片服務器；處理器將采用數千顆多種類型的Intel處理器，涉及2路Xeon、4路Xeon和安騰處理器。整套設備將從中科院網絡中心實際應用需求出發，采用異構體系機群，并為用戶提供瘦節點、厚節點、胖節點、圖形加速節點等四類計算節點。

中科院網絡中心委托聯想公司研制的百萬億次高效能計算機系統，將成為“十一五”中國科學院信息化建設專項“超級計算環境建設與應用”三層計算網格架構環境中頂層總中心的主機，同時也是國家863計劃“高效能計算機及網格服務環境”的北方主節點。項目完成后，中科院網絡中心將通過聯想百萬億次高效能計算機，為全國數百個科研院所和機構提供強大的高性能計算、服務、存儲資源，進一步提升我國科技界超級計算的應用水平。

顯然，聯想和曙光已經在百萬億次計算機方面進行了新的角力。聯想集團高級副總裁賀志強以及他帶領的高性能計算機團隊也是脫胎于中國科學院計算技術研究所的，也參與過曙光高性能計算機的研發。他在接受本報記者專訪時表示，在國內，除了曙光的高性能計算機團隊外，中國國內還有別的高性能計算機研發團隊。正是這些團隊之間的良性競爭，才會讓中國高性能計算機事業不斷發揚光大，追趕世界潮流。賀志強透露，他個人很佩服曙光高性能計算機研發團隊的沖勁，但他認為在百萬億次高性能計算機競爭中，曙光和聯想哪個企業更領先現在還不能確定，“還要看最終結果”。

高性能計算機范文4

美國ASCI計劃

美國能源部自1996年開始了一項名為ASCI計劃的高性能計算機研制項目。該計劃是在全球全面禁止核試驗的情況下，美國為了保持其核威懾及核壟斷地位而提出的一項計劃。目前，世界上絕大多數最快的超級計算機都是這個項目的產物，其中主要的代表有IBM公司研發的Blue Gene和Cray公司研發的Red Storm。

1. IBM藍色基因

Blue Gene是IBM、美國LLNL實驗室和美國能源部合作的一項研制超級計算機的項目代號。項目計劃是制造峰值性能達到每秒千萬億次級別的超級計算機。這是一個分階段的項目，目前性能已經達到每秒360萬億次。現在正在研發的Blue Gene項目共有四種機型：Blue Gene/L、Blue Gene/C、Blue Gene/P和Blue Gene/Q。

Blue Gene/L采用了與以往設計完全不同的方法。系統由大量節點組成，每個節點的處理器不再追求高性能、高主頻，而是相對適中，從而實現了低功耗和低成本。Blue Gene/L通過PowerPC的嵌入式處理器、嵌入式DRAM和片上系統技術把計算處理器、通信處理器、三級Cache和帶有復雜路由的互聯網絡部件集成在一起。由于采用這樣的低功耗、低主頻設計，導致了整機的低功耗和高密度，可以把1024個計算節點放置于一個機柜當中。通過這樣的方式把用于節點通訊的功能單元和處理器集成在一起，降低了成本。2004年9月，IBM公布了Blue Gene/L原型，當時的性能是每秒36.01萬億次。它以這個速度替代了NEC的地球模擬器成為世界上最快的超級計算機。截止到2006年6月，世界最快的前10臺超級計算機中有3臺是Blue Gene，前64臺中有13臺。

Blue Gene/C計劃現在已經更名為Cyclops64。這個計劃的目標是制造第一個“片上超級計算機”。每個Cyclops64芯片預計運行在500MHz主頻下，包含80個處理單元。每個處理單元包含兩個線程單元和一個浮點單元。處理器通過96口和7級的交叉開關互聯，而且它們可以通過片上的SRAM進行通訊。單片的Cyclops64芯片的理論峰值將可以達到每秒8000億次。整個系統將可以包含13824個芯片、1105920個處理單元以及可以同時運行2211840個線程。Cyclops64軟件系統采用了Delaware大學的TiNy線程庫，提供給用戶良好的可編程界面。

Blue Gene/P計劃是一個結構上類似于Blue Gene/L的項目。它的目標峰值性能將達到千萬億次。目前在美國的LLNL實驗室部署的代號為Roadrunner的超級計算機，被認為有可能是該計劃的一個具體應用。Roadrunner采用了混合式設計，它采用了16000個AMD的皓龍處理器以及相當數量的Cell處理器。由于Cell處理器具有良好的浮點運算性能，通過Cell處理器的運用將大大增加Roadrunner的峰值運算性能。如果IBM能完成這個系統，那么它將成為世界上最強大的超級計算機系統。

Blue Gene/Q計劃是IBM面向未來的超級計算機研制計劃，目前關于該計劃的細節還知之甚少，該計劃的性能目標將達到每秒3千萬億次~10千萬億次。

2.Cray紅色風暴

針對ASCI項目，Cray公司提出了代號為Red Storm的超級計算機架構。第一臺使用這個架構的超級計算機，在2004年被部署在美國的SNL實驗室。這臺機器包含有10368個處理器，擁有10TB的分布式內存和240TB的磁盤存儲。該系統使用AMD的皓龍處理器作為處理單元，使用PowerPC 440的處理器作為通訊處理器。系統由計算節點和服務節點兩個部分組成。計算節點運行稱作Catamount的輕量級操作系統，服務節點運行Linux操作系統。該系統主要是為了替代ASCI Red，理論峰值將達到40萬億次。 ASCI隨著第一個十年計劃的完成，目前已經開始了第二個十年計劃，該計劃已經更名為ASCP(高級模擬與計算計劃)。最新的發展規劃認為第一個十年主要是通過開發一系列強大的工具和系統，驗證基于模擬研究方法的可行性。第二個十年計劃將要真正利用這些系統進行科學探索，進一步提高精度和正確性，逐步把模擬作為一種預測工具用于前沿的科學研究。同時第二階段全面把下一代超級計算機系統的驗證目標設定為每秒千萬億次。

美國HPCS計劃

除了ASCI研制計劃之外，美國國防部高級研究計劃局于2001年初提出了HPCS(高效能計算系統)計劃。該計劃的目標開始就是面向千萬億次規模的計算機系統需求，針對當前高端計算機系統開發以及應用中存在的問題，研制適合于高端國家安全應用的高性能計算系統，填補目前高性能計算和量子計算之間的空白。

HPCS計劃為期8年，分為三個階段實施。第一階段為概念研究階段，第二階段是研究、開發階段，第三階段是大規模開發階段。整個HPCS的主要設計目標是高性能、良好的可編程性、可移植性以及可靠性。高性能的主要目標是在美國重要的國家安全應用方面，將目前的系統性能提高10~40倍；可編程的主要目標是減少HPCS應用方案的開發時間，降低系統的運行以及維護成本，提高系統使用效率；可移植性是指將研究和運行的HPCS應用軟件和系統平臺分離；可靠性的目標是針對外界的攻擊、硬件故障以及軟件錯誤開發相應的保護技術。因此HPCS主要提出的課題有：高帶寬、低延遲、平衡的系統結構、可靠性策略、性能測試、系統伸縮性。

2002年開始的是為期一年的HPCS概念研究階段。參與這個階段研究的廠商主要包括Cray、HP、IBM、SGI和Sun五家，還有MIT的林肯實驗室專門進行應用分析和性能評測。經過競爭和淘汰，第二階段參與的企業為Cray、IBM和Sun三家。

1.Cray兩步走

Cray計劃分兩步完成自己的千萬億次設計目標。第一階段推出一種稱為Rainier系列的機器，以整合Cray現有的XD1、XT3、X1/X1E三種平臺，形成一種新的Rainier的計算節點也是異構的系統，包括基于AMD皓龍處理器的標量計算節點、向量計算節點，還包括其他特殊計算節點，比如FPGA可重構節點和MTA多線程節點等，各種不同的處理器節點在統一的框架下進行管理。

第二階段Cray計劃推出一種名為Cascade的平臺，這是Cray更為長期的一項計劃，將融合更多的創新性技術。Cascade將采用統一的高帶寬光互聯網絡，節點將包含向量部件、粗粒度的多線程處理器、與DRAM結合支持細粒度并行的PIM部件等。Cascade還提供分布式共享內存、多層次多線程執行模型、硬件支持的分析和調試功能。編程模型上提供對UMA和NUMA的混合模型，并計劃開發一種高級編程語言。

2.IBM PERCS計劃

IBM針對HPCS提出了PERCS計劃，該研究包括處理器、存儲控制、I/O、編譯和運行環境等各個方面的研究隊伍。其主要的研究內容包括：片上多處理器，PERCS將采用IBM Power7處理器；智能內存，將在DIMM內存條上增加一個智能Hub芯片，實現預取、Scatter/Gather、重排序、緩存等功能；在編程模型方面，實現了一種名為X10的編程語言，而且支持OpenMP。此外，IBM還專門開發了一種稱為K42的操作系統，專門支持大規模處理系統；為了進行前期的研究，他們還開發了PERCSim模擬器來支持各個研究小組的工作。

3.Sun HERO項目

Sun提出了HERO項目，其中一些核心的創新技術包括：片內多線程技術、Proximity通訊技術、區間計算技術、保護指針。

目前，HPCS已經進入第三階段，其中Sun被淘汰出局。現在IBM和Cray公司基于各自提出的技術開始為HPCS制造運算速度千萬億次的超級計算機。

日本高性能計算進展

除了美國，日本很早就從事高性能計算機的研制工作，其中比較有代表性的是NEC公司。

1983年，NEC就了其代號為SX-1和SX-2的超級計算機，其后幾乎NEC以5年一代的速度不斷推出新產品。

2002年，NEC為日本太空探索局等機構安裝的地球模擬器速度達到了每秒35萬億次，擁有超級計算機領域最高性能桂冠長達3年之久。

地球模擬器通過設置“虛擬地球”以預測和解析整個地球的大氣循環、溫室化效應、地殼變動、地震發生等自然現象。硬件上地球模擬器的設計基于NEC以前的一款名為SX-6的超級計算機的架構。

整個地球模擬器包含640個節點，每個節點包含8個向量處理器和16GB內存，整體上組成5120個處理器和10TB內存的超級計算機系統。其中兩個節點共享一個機柜，每個機柜耗電20 kW。系統具有700 TB的磁盤陣列和1.6 PB的磁帶存儲。地球模擬器幾乎比同時代的美國的ASCI White超級計算機快5倍。NEC從1999年10月份開始構建這臺超級計算機，到2002年才正式完工，共耗資72億日元。

日本的科研機構和大學在超級計算機方面也獲得很大的成就。2006年6月，日本的RIKEN研究所宣布他們完成了一臺名為MDGRAPE-3的超級計算機系統。這是一臺專用于分子動力學研究的超級計算機。該機器由總共4808個定制的MDGRAPE-3芯片，外加用于主控的Xeon處理器等組成。

該研究所宣稱MDGRAPE-3性能已經達到千萬億次的目標，比目前最快的超級計算機Blue Gene/L還要快3倍，但是因為其專用性，不能運行Top500的測試程序，因此無緣Top500排行榜。除此之外，日本東京大學的GRAPE項目也在高性能計算的某些領域獲得了很高的成就。

中國高性能計算進展

除了美、日之外，我國在高性能計算機方面的努力也很值得關注。有很多從事高性能計算機研究的企業和科研單位涌現出來，比如開展高性能計算算法研究的單位有中國科學院、中國工程物理研究院、國防科技大學、中國科技大學等單位。硬件制造也有不少單位，比如曙光信息產業有限公司、聯想集團等。他們在各自的領域獲得了很多令人矚目的成就。

2004年6月，浮點運算速度達到每秒11萬億次的曙光4000A超級計算機落戶上海超級計算中心。這臺超級計算機進入當時的全球超級計算機排行榜前10名，使得我國成為繼美國和日本之后，第三個能研制10萬億次商業高性能計算機的國家。

曙光4000A在大規模集群計算、網格技術等方面有所突破，形成了鮮明的技術特色。曙光4000A在工業標準的主板尺寸上實現了4個64位AMD皓龍處理器的SMP系統。2U的服務器采用標準的機箱、電源、風扇等部件，有獨到的通風設計和部件布局。通過網格路由器、網格網管、網格鑰匙、網格視圖等網格部件的研制，曙光4000A在網格環境下能更好地服務于具有多樣性的用戶需求。通過在主板上集成管理接口，開發大規模集群專有的管理網絡，使得大規模集群能夠被有效地管理和控制，使得管理員不需要靠近計算機就能控制其運行。通過合理劃分集群軟件棧，將公共支撐部分提取成為集群操作系統的核心，改變了集群上系統軟件缺乏統一框架的現狀。曙光4000A的Linpack實測速度達到每秒8.061萬億次，效率達到71.56%，這個結果是當時世界上所有采用AMD皓龍處理器的高性能計算機中速度最快且效率最高的。曙光4000A跟ASCI White相比，價格是后者的10%，系統占地是后者的60%，功耗為后者的30%。

聯想公司承擔著國家863計劃“高性能計算機及其核心軟件”專項課題，在此基礎上制造了深騰6800超級計算機，該計算機于2003年10月完成。深騰配置了1060個64位安騰2代處理器、2.6TB內存、80TB磁盤存儲。

高性能計算機范文5

今年6月的全球TOP500中，中國上榜高性能計算機臺數從74臺下降到68臺，性能占比從14.16%下降至9.23%。“一方面，這種放緩是由于高性能計算機研發具有周期性，今年國外高性能計算機爆發所引起的；另一方面，未來一段時間高性能計算更重要的是探索互聯網服務和云計算等新應用領域，中國企業開始起到越來越重要的作用。”曙光研發中心總經理邵宗有如是說。

應用領域逐漸拓寬

過去兩年間，在TOP100榜單中，高性能計算的應用領域發生了不小的變化。2011年，互聯網服務奪下21%份額，躍居榜首。今年的TOP100中，這一比例擴大到了35%。這種改變中蘊藏著機遇。

“實際上，今天的高性能計算概念與傳統的高性能計算概念有些變化。互聯網應用、云計算和傳統的高性能計算之間的界限已經十分模糊。”邵宗有表示，學術界對如何界定高性能計算、云計算和互聯網應用計算還有一些爭議， “實際上，現在的很多云計算服務已經是由高性能計算機支持。深圳的超級計算中心中，云計算與高性能計算并舉。同時，在互聯網應用需求快速增長的今天，互聯網企業已經成為高性能計算機的最大用戶之一，它們需要計算設備按照它們的需求做出改變。谷歌等企業早已開始自行設計服務器，國內的百度、騰訊和阿里也共同啟動了‘天蝎計劃’，希望制定符合互聯網應用需求的服務器標準。”

“作為一家市場化的企業，曙光可以不去考慮定義問題，而是第一時間介入到這種變化中。”邵宗有表示，這種變化對曙光來說，其實是一個難得的市場機遇。“例如，在互聯網應用方面，曙光就將和百度成立聯合實驗室，研發適合互聯網應用的服務器。同時，曙光也一直積極參與‘天蝎計劃’，利用自己的技術能力，為互聯網企業定制越來越多的計算設備。”

與此同時，其他應用領域，中國高性能計算的應用也達到了較高水平。“尤其是在一些新興領域，我們的應用水平和國外差距反而較小。”邵宗有介紹，利用高性能計算對社會現象進行分析、對金融形勢進行分析等新興的應用，國內都有實踐。“現在高性能計算的應用領域已經遠遠超越了以前的氣象、能源、科研等領域，而是滲入了國民經濟的每個環節。”

自主環境逐漸建立

在今年的TOP100榜單中，一個可喜的信息是，美國制造的HPC數量從49%降到44%，與此同時，國產16核處理器申威1600占據的份額超過了1%，打破了處理器領域的堅冰。

“在過去一段時間內，國內的高性能計算自主研發環境正在逐漸建立。”邵宗有說，“例如，在應用上，國內自主研發的氣象、勘探、科研等應用早已在各自的領域內得到深入應用。但在處理器等方面，還在發展的過程中。未來一段時間，提高高性能計算機的國產化率也是曙光非常重要的研發方向。”邵宗有表示，曙光目前一方面要憑借日益增長的影響力，與國際合作伙伴繼續加強合作，另一方面也要以國家核高基計劃為依托，提高高性能計算機的國產化率。“過去幾年，在核高基計劃的支持下，國產處理器和操作系統的穩定性有了長足的進步，相關的應用也在逐漸完善，在高性能計算機中被大量采用的時機已經成熟。”邵宗有表示，在高性能計算機中采用國產處理器是“應該的、必然的、必須的”。

在提高自主性的過程中，自主的技術研發是根本。“在過去幾年，曙光一直在增加技術研發投入，整個技術體系的人員數量大幅度上升。目前，曙光不包括服務體系，產品、解決方案的研發人員已經達到約500人，而2008年前也就是100多人。同時，在研發規模、研發環境方面也加大投入。” 邵宗有表示，技術研發方面的投入會直接反映在產品和市場上，曙光在TOP100中取得的36%份額也和這方面的投入有很大關系。

瞄準再創歷史的目標

高性能計算機范文6

【關鍵詞】 高性能計算 石油勘探技術 研究和應用

當前階段，我國的石油行業飛速的發展以及石油儲藏愈發復雜的地理狀況讓勘探開發行業面臨更加嚴峻的挑戰，因此對于高性能計算的技術也有了更加深層次的依賴程度，其應用范圍也越來越廣泛。本文將針對其在我國石油勘探行業的應用情況進行探究分析。

一、高性能計算技術應用在石油勘探領域存在的弊端

石油工程當中對數據進行處理的工作非常重要，如果出現誤差就很可能會造成非常嚴重的后果，因此對于管理數據的計算機系統而言需要具備高度的計算能力，特別是在石油勘探行業當中。

石油的勘探和開發都是石油工程當中非常重要的內容，通常是將石油勘察的過程當中所收集到的大量數據資料進行一定的集中存儲，隨后根據這些存儲的數據展開分析，判斷勘察區域當中的石油儲備情況，通常按照數據來進行等值線的繪制，隨后交給專業的人員來進行石油分布的分析操作，繪制的等值線圖終究還是二維圖，因此不具備三維畫面的立體性，即便能夠繪制出三視圖以及模擬三維畫面，在實際操作的過程當中也會耗費掉大量的時間，顯然這種方式存在比較嚴重的限制性因素。

傳統模式下的高性能計算模式漸漸地已經無法和石油勘探行業所需要的計算能力相互滿足，更加無法滿足其未來發展以及具體的應用需求，可能會導致石油勘探行業無法良性發展，形勢不容樂觀。

當前，在大部分情況下，利用高性能計算所面臨的嚴峻挑戰包括如下幾個方面：

第一，電腦CPU處理器的性能無法很好地滿足石油勘探行業對于計算能力上的高度要求；

第二，在石油勘探行業當中，隨著其不斷的發展和進步，高速增長的數據量以及存儲擴容的速度呈現出非常明顯的不匹配現象；

第三，能耗對高性能計算的發展起到的制約作用越來越強，由于高性能計算機的占地面積比較大、消耗的電量也比較多、對于計算機房的條件有非常大的需求。

二、在石油勘探領域當中運用高性能計算

怎樣能夠在最短的時間內尋找到能夠滿足石油勘探行業所需要的高性能計算技術，是全國乃至于全世界的石油勘探單位都在關注的焦點之一。如果能夠將計算機以及可視化技術利用起來，我們就能夠從勘察數據當中找到有用的數據，構建出一個完整的三維實體，并且顯示相關的參數數值，將油藏地質進行非常直觀的完整再現，讓專業人員能夠進行非常準確的分析，同時對原始數據進行客觀的解釋，會讓分析變得更加準確、定位變得更加的科學、石油勘探開發成本變得更加低廉。

就目前情況來看，英特爾公司對于在石油勘探行業當中應用高性能計算有比較豐富的經驗以及技術上的支撐，在全球TOP500排名當中，有多臺在英特爾處理器的基礎之上開發出來的高性能計算機系統在全世界各個大型石油企業當中都有非常廣泛的應用。比如，就我國2006年高性能計算機的前100排行當中的數據表示，在英特爾處理器基礎之上開發出來的高性能計算機系統，僅僅在我國就有大慶油田、大港油田以及新疆地區的石油地物所等我國大量石油勘探單位當中使用。伴隨著未來不斷發展的計算機技術以及信息系統，英特爾公司開發的高性能計算機方案，還可以更好地為石油行業的各個客戶提供出優秀、完善的計算系統，滿足它們愈發嚴格的要求。

在英特爾公司開發的高性能計算機的處理器當中，擁有非常強大的計算節點服務器，可以給高性能計算提供更加強力的原動力，令其可以進行高效、大規模的計算，而且在此基礎之上還擁有非常節能且環保的優勢，對于能耗過度、污染環境的傳統計算方式而言這一優勢是非常重要的。

石油勘探行業的整個運作過程都需要依靠計算機進行。高性能計算機有非常廣泛的應用范圍，而且隨著未來不斷進步的科學技術，除了石油化工行業之外，其他的領域也能得到應用。

三、結語

就當前我國石油行業的情況而言，想要合理地對面臨的問題進行處理，需要更加完善的改革，最近這些年高性能計算有了越來越快的發展，技術在不斷地完善。石油勘探發展前景非常廣闊，高性能計算技術和石油勘探的結合，將會促進石油行業更好的發展。

參 考 文 獻

[1]李敏.高性能并行計算機的發展及其在石油勘探中的應用[J].科技導報，2014（02）.