问并行计算的现状与发展.doc

问并行计算的现状与发展1.并行计算概述从计算机诞生之日起，人们就不断努力加倍提高计算机的运行速度，并且已经取得非常显著的成绩。然而这种努力不用多久就会因趋于物理器件的极限而终止。人们在研制新一代计算机的努力中，一个共同的特点就是采用并行技术。增加同一时间间隔内操作数量的技术即所谓并行处理技术；为并行处理所设计的计算机统称之为并行计算机；在并行计算机上求解问题称之为并行计算；在并行计算机上实现求解问题的算法可称之为并行算法。并行处理，是一门综合性的计算机学科，它包括硬件技术，也包括算法、语言、程序设计等软件方面的问题，当然，还包括各种理论上的探讨。严格地说，并行性(parallelism)有两种含义：一是同时性(simutaneity)，亦即并行性，指两个或多个事件在同一时间发生；二是并发性(concurlency)，指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。按照常用的分类方法，可以把并行计算机的结构分为：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)。2并行计算的现状21对当前发展形势的基本估计当前，并行计算发展的基本状况是：(1)并行软件的发展远远落后于并行计算体系结构的发展。(2)并行计算的应用远远落后于并行计算技术的发展。(3)大规模并行处理系统已不再是主要研究领域。(4) 由高速网联成的各种类型的、规模可伸缩计算机群，将进一步促使并行计算应用有较大的发展。(5) 计算系统的规模可伸缩性和可编程性已成为并行计算系统进一步发展的一对主要矛盾。22国外重点研究领域(1)并行算法的设计、分析和实现。(2) 各种类型的规模可伸缩计算机机群间通信方法的研究，包括同构和异构计算机机群，以及减小机群。(3)并行优化编译：其中包括粗、中、细精度三个层次上的并行优化编译。(4) 用NUMA(NonUniform Memory Access)，特别是CCNIMA方法构成的并行机体系结构及各种实现方法的研究。(5) 高性能I0、周边设备和通信技术研究。(6) 高性能微处理器的设计。2.3我国的主要差距及薄弱环节我国的并行和分布计算技术研究，自60年代末开始至今，按照国防科大周兴铭院士的观点，已经历了三个阶段。第一阶段，自60年代末至70年代末，主要从事大型机中的并行处理技术研究；第二阶段，自70年代末至90年代初，主要从事向量机和并行多处理器系统研究；第三阶段，自80年代末至今，主要从事MPP(Massively Parallel Prosessor)系统及工作站机群系统研究。每个阶段都研制成一些样机，但由于缺乏竞争能力，均无法形成批量生产规模。此外，我国在并行应用方面所开展的研究还较少，尽管很多部门和单位已有不少联网的计算资源，如工作站、PC机、服务器和各种并行机等，但通常这些用户单位都不知道如何从事并行计算及开展并行应用。3.并行计算的发展机群系统机群系统是利用高速通用网络将一组高性能工作站或高档PC机，按某种结构连接起来，在并行程序设计以及可视化人机交互集成开发环境支持下，统一调度，协调处理，实现高效并行处理的系统。从结构和结点间的通信方式来看，它属于分布存储系统。机群系统中的主机和网络可以是同构的，也可以是异构的。机群系统之所以能够从技术可能发展到实际应用，主要原因是它与传统的并行处理系统相比有以下几个明显的特点：(1)系统开发周期短。由于机群系统大多采用商用工作站和通用LAN网络，节省了大量的研制时间。(2)系统价格低。构成机群的工作站或高档PC机是批量生产的，因而售价较低。(3)用户投资风险小。机群系统不仅是一个并行处理系统，它的每个结点同时也是一台独立的工作站，即使整个系统对某些应用问题并行效率不高，它的结点仍然可以作为单个工作站使用。(4)系统扩展性好。机群系统大多使用通用网络，系统扩展容易。(5)节约系统资源。由于机群系统的结构比较灵活，可以将不同体系结构，不同性能的工作站连在一起，这样就可以充分利用现有设备。(6) 用户编程方便。机群系统中，程序的并行化还是在用户熟悉的编程环境C、C+或Fortran下实现的。总之，随着网络技术的发展和对机群系统研究的深入，特别是高效通信机制的开发，机群系统的通信性能将会接近专用的互联网络，并行编程环境和工具更加完善，有望在机群系统上解决粒度更细的应用问题，使并行处理系统的应用领域更加广泛。4.结语超级计算机已走过了整整20年，这是一段可扩展性