PDF《并行计算方 法研究与并 行计 算机》

第3期中国科学基金并行计算方法研究与并行计算机 孙家农中国科 学院计算中心 ) l摘要l 并行 处理是 当今 世界 的关键技术 之一.

本文论述 我国发展并行处理与研究并行 算法的意 义,以及 二者之间的关系 , 介 绍国家 自然科 学基金重大项 目 并行计算机与并行算法 中有关并行算 法研究一年多来取得的进展 , 并对今后工作提出建议 . 引言我国从

7 0 年代初 开始研制 向量机 及相 应的向量算 法.80年代 , 一些 部门开始从事并 行 计算方法 的研 究.19

8 9 年6月,国家 自然 科学基 金 委员会 把 并行计算机 与并行算法 列 为重 大项 目,以进 一 步推 动我 国并 行 处理 关键 技术 的发 展.该重 大项 目由冯 康教授 (学部 委员 、 中 国科 学院计算 中心 ) 及 夏培 肃研究 员 (中 国科 学院计算技术 研究所 ) 共 同主持 , 复旦大 学计算中 心、中国科学 技术 大学 及东南大 学计算机 系分别 承担 自动并 行识别 , 并行FORTRAN语言及 并行操 作系统 的研制 . 中国科 学院计算 所与计算中心分别承担并行机硬 件模型机 与并行算法 研究 . 本文 主要介绍并行算法研究课题的进展 , 探讨我 国开展 并行计算方 法研究的若干问题 , 并 对今后 工作提 出一些 建议 .

一、并行处理与并行算法研究的意义 并行 处理是当今 计算技术 的前 沿领 域,很多国家都把 发展并行 处理列入关键 技术的前列.这是因为 , 尽 管计算机 的单机 速度近年来有 了飞 速发展 , 但仍满足不 了某些 大型科学工 程 与国 防计算 的需要 . 例如 , 要提高全球 性气象预 报 的准确性 , 需 要在 经度、纬度及 大气层方 向取网格 点(20

0 x

10 0 x 20)

4 0 万个,要求在 2一3 小 时内完成

4 8 小 时的 预报计算;

又如 , 用计算 机模拟 电子 结构 , 要 计算上千 个变 量的 积分一微分方 程,成百万 个六 重积 分,并求解 阶高达

1 0 , 矩 阵的 本征值 ;

再如 , 模拟人 体心 脏跳动 , 需要求解三维 粘性 不可压 流体方 程,目前国际上完成 的粗糙模拟一 次 心脏收 缩,就需 花 超级 计算机 C r a y 一ns个CPU小时.以上 这些 大 型科学 工 程计算所要 求的计算能力 比当前计算机的实 际能力 高出几个 数量 级.同时 , 还 因为单机 速度的发 展 在理论上受 着不 能超 过光 速 以及物 理 尺寸不 能无 限 缩小 的 双重 本质 限制.事实上,主机速 度的增长 速度已 趋于 下降 . 据统 计,19

7 6 年 以前 , 主机 速度平 均每

7 年提 高一 个 数量 级,而从

19 7

6 年Car犷( I 主频 周期

12 .

5 毫微秒) 发展 到 以后的 C r a y 一n(4 .

1 毫 微秒 ) , 浮点运算速 度 从每秒

1 .

6 亿次上升 到5亿次 ,

1 0 年 内只 提高三倍 . 为此 , 选 择并行处理 成 为极 大提高计算机 系 统性能的必 由之路 . 目前 , 并行处 理机 的 台数尚没有理论 中国科学基金99 年 上的 限制 , 带有

8 .

5 万 个并 行处理 部件 的并行机 已 经进 人市场 , 带有

10 0 万个处 理部 件的并行 机正 在研制中 . 所 谓并 行,是指 一个 以上 事件在 同一 时刻或 同一时间间 隔 内同时 发生.并行处理 的思 想最早可追 溯到 上个 世纪 , 只是 由于 以前 的器件条件 不成熟 , 才出现 串行 机 长期垄 断 的局面 .

6 0 年代开始 了计算机 体系结构 的并行 性 革新 , 例如 把I/O(输人 / 输出)从中央 处 理器 ( C P U ) 分开 , 建立 缓存 区;