高性能计算

高性能计算 High performance computing，HPC

高性能计算(High performance computing， 缩写HPC) 指通常使用很多处理器(作为单个机器的一部分)或者某一集群中组织的几台计算机(作为单个计 算资源操作)的计算系统和环境。有许多类型的HPC 系统，其范围从标准计算机的大型集群，到高度专用的硬件。大多数基于集群的HPC系统使用高性能网络互连，比如那些来自 InfiniBand 或 Myrinet 的网络互连。基本的网络拓扑和组织可以使用一个简单的总线拓扑，在性能很高的环境中，网状网络系统在主机之间提供较短的潜伏期，所以可改善总体网络性能和传输速率。
HPC 系统使用的是专门的操作系统，这些操作系统被设计为看起来像是单个计算资源。正如从图1和图2中可以看到的，其中有一个控制节点，该节点形成了 HPC 系统和客户机之间的接口。该控制节点还管理着计算节点的工作分配。
对于典型 HPC 环境中的任务执行，有两个模型：单指令/多数据 (SIMD) 和多指令/多数据 (MIMD)。SIMD在跨多个处理器的同时执 行相同的计算指令和操作，但对于不同数据范围，它允许系统同时使用许多变量计算相同的表达式。MIMD允许HPC 系统在同一时间 使用不同的变量执行不同的计算，使整个系统看起来并不只是一个没有任何特点的计算资源（尽管它功能强大），可以同时执行许多计算。
不管是使用 SIMD 还是 MIMD，典型 HPC 的基本原理仍然是相同的：整个HPC 单元的操作和行为像是单个计算资源，它将实际请求的加载展开到各个节点。HPC 解决方案也是专用的单元，被专门设计和部署为能够充当（并且只充当）大型计算资源。
网格计算与HPC
网格与传统HPC解决方案之间的其他主要不同是：HPC解决方案设计用于提供特定资源解决方案，比如强大的计算能力以及在内存中保存大量数据以便处理它们的能力。另一方面，网格是一种分布式计算资源，这意味着网格可以根据需要共享任何组件，包括内存、CPU电源，甚至是磁盘空间。网格模型允许使用各种级别的资源、工作单元规模和分配级别，而不只是HPC解决方案使用的执行模型提供的那些。
因为这两个系统之间存在这些不同，因此开发出了简化该过程的不同编程模型和开发模型。
并行计算
为了处理多个同时发生的应用程序，多数HPC系统使用了一个不同应用程序在其中可以使用不同处理器/节点设置的系统。例如256个节点的HPC系统可以同时执行两个应用程序，如果每个应用程序都使用整个计算资源的一个子集的话。
高性能计算(HighPerformanceComputing)是计算机科学的一个分支，主要是指从体系结构、并行算法和软件开发等方面研究开发高性能计算机的技术。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，其标准也处在不断变化之中。
高性能计算机的发展趋势主要表现在网络化、体系结构主流化、开放和标准化、应用的多样化等方面。网络化的趋势将是高性能计算机最重要的趋势，高性能计算机的主要用途是网络计算环境中的主机。以后越来越多的应用是在网络环境下的应用，会出现数以十亿计的客户端设备，所有重要的数据及应用都会放在高性能服务器上，Client/Server模式会进入到第二代，即服务器聚集的模式，这是一个发展趋势。
美国一直是世界上最重视高性能计算机、投入最多和受益最大的国家，其研究也领先于世界。美国能源部的加速战略计算ASCI计划 ，目标是构造100万亿次的超级计算机系统、软件和算法，在2004年真实地模拟核爆炸；白宫直属的HECC（High-End Computing and Computations）计划，对高性能计算的关键技术进行研发，并构建高性能基础设施；Petaflops计划开发构造千万亿次级系统的技术；最新的Ultrascale计划目标在2010年研制万万亿次级系统。日本计划将于2002年研制成40万亿次的并行向量机。欧洲的强项则主要体现在高性能计算机的应用方面。