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计算机世界中的巨无霸

下一节:神威太湖之光简介

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计算机世界中的巨无霸课程教案、知识点、字幕

同学你好

我是计算机系的薛巍

今天由我来给你介绍一下

计算机世界中的巨无霸

超级计算机

今天的内容呢

主要包括三个方面

首先

什么是超级计算机

第二

超级计算机用来干什么

第三

我想介绍一下超级机的昨天、今天与明天

超级计算机

在英文里面也就是说是

Supercomputer

顾名思义

是指能够执行

个人电脑无法处理的

大数据量的任务

以及无法完成的大计算量的任务

的高速电脑

在衡量超级计算机的计算能力方面

主要分两方面的指标

首先是存储能力

这个大家是相当熟悉的

就是我们现在

用来衡量硬盘容量的这个指标

包括GB、TB甚至是EB(10^6TB)

那在计算能力的衡量方面呢

我们用的是FLOPS

大家可能不太清楚什么叫FLOPS

FLOPS的定义是

每秒钟可以完成的浮点运算次数

那当今的超级计算机

目前的存储能力

已经达到PB量级

计算能力也已经达到数十Petaflops

我们再来看一看

现代超级计算机是怎样构成的

在大家的左上角

可以看到

这是组成超级计算机

最最基本的单元

处理器

现在大多的处理器都是多核的

这个和各位见到的

个人计算机里面的处理器

是相当或相似的

在大家的屏幕的左下角

可以看到

有多个处理器放在计算机的主板上

会形成一个计算节点

那这个节点呢

成为组成超级计算机的第二层基本单元

由多个这样的节点

会组成一个机柜

也就是我们所谓的

大家右下角的这张图

我们称之为一个大的机柜

然后把多个机柜

通过高速互联网连接在一起

会成为最终的

大规模超级计算机

从使用者的角度来说

超级计算机使用的好坏

就是是否能够有效的把

大量的计算核心(也就是计算部件)

去方便而且高效的协调好

来解决同一个计算问题

其核心技术呢

就是所谓的并行处理

那并行处理的原理呢

实际上就是

把多个任务有效的在多个处理单元上

同时执行

正如我这张图给大家显示的一样

与并行处理相对应的是串行处理

串行处理

就是我们通常在

单个计算单元上

进行任务处理的方式

目前来说

其实并行处理并不是

为超级计算机独有的

并行处理正在成为

通用的计算技术

在这里

我给出美国Delaware 大学

高光荣教授总结的

从2001年到2011年多核处理器的

发展过程

可以看到

目前主流的

处理器厂商

比如Intel、AMD、IBM

都已经把他们的处理器

全面升级到多核处理器

而且核数随着技术发展越来越多

目前Intel最新的处理器

可以达到10核甚至12核

计算能力

下面呢

我们就开始

向大家介绍

超级计算机到底是谁来用

能用来干什么

超级计算机的应用目标

实际上是三个目的

首先是更快

同一个问题能够算的比

单机系统更快

我在这里给大家举了一个例子

是可扩展的数值天气预报系统

大家可以看到

这里面是

在模拟一个台风

从生成到登陆的一个过程

那大家也知道

台风登陆

会给国家和人民财产造成很大的

损失

所以我们要快速的预测台风的

生成和登陆的位置

这个

是我们在天河1A系统上

采用6000核

计算的实时的

台风登陆过程

其次

超级计算机的使用目标是更强

也就是计算比单机系统更大的问题

这里面我给大家举的例子是

地震资料处理

也就是用数据处理的方法

来进行石油勘探

这里面可以看到

海上三维地震勘探的数据量

都达到数十TB以上

要想快速的完成数据的处理

以及对海底的地层构造有效的解析

需要大规模的计算才能完成的

超级计算机

使用的第三个目标

是更多

也就是同时可以支持更多数量的

计算任务

我这里给大家举的例子是Google

可以看到这张图上

随着时间的变化

从东到西

逐步亮起来

这个图展示的是Google

在一天的24小时

以及7天7×24小时

甚至一年连续不断的365天里面

都可以有效的支持

来自全世界

100多个国家的访问需求

那Google目前来看

他们每秒钟可以处理

成千上万个人的搜索请求

而让你感觉它都像是

Google是仅仅为你一个人服务的

在这种情况下

实际上Google需要有强大的计算能力

来保证它同时能响应

这么多的计算任务

目前来说

超级计算已经成为

科学研究必备的手段

与理论研究、实验研究并列

同时超级计算

在工业领域也得到了广泛的应用

这张图我给大家展示的是

IDC2004年提供的一个报告

目前来说

以超级计算为基础的

工业计算市场份额已经达到

50亿美元的规模

而且还在不断增加当中

那下面呢

我想跟大家聊一聊

超级计算机的发展史

超级计算机实际上

起源于1960年代

最早的Atlas

是1962年建成的

然后美国的CDC6600

是在1964年建成的

它们都是当时

当时代最快的计算机

而且引入了一些并行处理的能力

基本上都是超级计算机

最最早的鼻祖

在之后呢

实际上

值得铭记的是CRAY

CRAY是一个公司的名字

也是公司创始人的名字

在1976年

CRAY公司建立了第一台

真正意义上它自己的超级计算机

叫CRAY-1

它有8个处理器组成

1985年

它建立了第二台超级计算机

CRAY-2

创新的引入了液冷技术

然后再之后呢

影响超级计算机的发展

最重要的里程碑是

top500

top500呢

它指的是

世界上最快的500台超级计算机的评选

大家可以在我给大家列出的这个网站上

了解历次评选的结果

那top500的评选依据

是运行一个程序

这个程序名字叫做LINPACK

它的运行结果

作为排序的依据

top500的发榜呢

一年有两次

每年11月份

在美国的SC会议上发榜

每年6月的

在德国的ISC会议上发榜

中国呢

也积极参与全世界

500强计算机的发布

还特意设置了

中国的TOP100列表

它是每年11月份在HPC China

会议上发布

那这里呢

我想给大家

展示一下从top500创立

1993年开始

到2013年至今为止

TOP500计算能力的变迁

在图中可以看到

横坐标是指

不同的年代

纵坐标是计算能力

图形上的三条线呢

分别代表

蓝色的线

代表全世界最快的500台计算机

它计算能力的总和

黑色的线

代表全世界最快的那台计算机

计算能力

而橙色的代表

全世界第500台计算机的计算能力

从这张图我们可以清晰的看到

从1993年到2003年

超级计算机的总计算能力

翻了大概500倍以上

平均每6到8年

排名第一的超级计算机

就会跌出TOP500的榜单

从此可以看到

超级计算机在过去

几十年快速的发展历程

同样也说明

工业界、科学界对超级计算机

应用需求的旺盛

那我这里边还有几个

其他的数据提供给大家

可以看到

这里这个点是我的笔记本的计算能力

它大概是70GFLOPs

那它相当于是2002年

第500快的计算机的计算性能

这个点呢,代表的是我的iPad2

和我的ipone4s的计算能力

大概是1GFLOPs

它相当于是

1994年

第500快的计算机的计算能力

通过这样的事实

告诉大家

超级计算的今天

就是我们个人计算的明天

实际上

大量的超级计算机技术

在明天都会应用到

个人计算技术当中

最后

我想跟大家谈一谈

超级计算机的未来

实际上

现在传统的超级计算机

未来的发展

是建立ExaScale的计算系统

也就是1000PFlops的计算系统

让我们以2013年

出产的天河二号

(目前)世界第一的计算机为例

它的系统总的峰值能力

达到55PFLOPs

对比ExaScale 的系统

它有20倍的差距

它的功耗占用18兆瓦

也就是相当于一个中小城市的用电总量

而ExaScale预期的

功耗的要求在20兆瓦以内

目前来看

还有15倍的差距

功耗实际上是目前

影响超级计算机未来发展

最重要的指标

那之后

在系统的总内存

每个节点的性能

每个节点内的并行度

以及网络通信

还有系统规模上

实际上

应该说

目前的最快的超级计算机

并不能简单的

通过放缩的办法

建立未来的ExaScale的

超级计算系统

我们国家在超级计算机的发展历程上

也有着举足轻重的作用

从我给大家列的这个饼图可以看到

中国在最新一次榜单

也就是今年6月份的榜单上

在500台计算机里面总计算性能的份额

能占到全世界第二名

总共达到13.7%的计算能力

而中国TOP100的计算机

排名第一的也是

世界上排名第一的计算机

天河二号

它是2013年建成

总核数达到312万核

坐落在国家超算广州分中心

然后第二名、第三名

都是天河系列的产品

而第四名是神威蓝光

是2001年出产

坐落在国家超算济南中心

它有13万颗处理器核

神威蓝光系统

是我国完全自主生产的

超级计算机

下面

我们一起走近神威蓝光系统

计算机文化基础课程列表:

第1课:说在前面的话

-由一个短片引出......

--由一个短片引出......

-梳理IT产业大脉络(上)

--梳理IT产业大脉络(上)

-梳理IT产业大脉络(下)

--梳理IT产业大脉络(下)

-你的第一门计算机入门课

--课程介绍及要求

-实践:图像处理入门

--实践小作业要求

--操作前的几点准备

--操作1:素材整体布局

--操作2:制作收割后裸露土地的效果

--操作3:人物主体抠像

--操作4:图像合成的余下步骤

-第1课习题作业

-第1课导学帖

--第1课导学帖

第2课:揭开计算机的神秘面纱

-现代计算机为什么是电子数字的?

--数字装置与模拟装置

-二进制与十进制有什么区别?

--了解二进制

-为什么莱布尼兹没有认识到二进制的重要性?

--与、或、非

--二进制数的数字实现

-从ENIAC到现代通用计算机

--ENIAC到现代计算机

--新材料带来新发展

-摩尔定律会失效吗?

--摩尔定律失效

-讲座:计算机世界中的巨无霸

--计算机世界中的巨无霸

-参观:感受世界巨无霸(太湖之光)

--神威太湖之光简介

--探秘神威太湖之光

--神威太湖之光应用领域

-参观补充:走进济南国家超算中心

--走进国家超算中心

-实践:我的计算机有多快?

--我的计算机有多快?

-第2课习题作业

-第2课导学帖

--第2课导学帖

第3课:数字世界中形形色色的“数”

-数码相机是如何“计算”出一张数字照片?

--照相机如何感知世界

--如何拍摄彩色照片

-认识图像数字化过程中的采样和量化

--采样和量化

--像素、分辨率和色深

-计算机是如何感知声音波形的?

--声音量化三要素

-换一种思路来数字化文本信息

--机内码是如何产生的

--字符集的发展历程

-实践:常用网络资源下载

--常见下载方法介绍

--常见文件类型下载

- 第3课习题作业

-第3课导学帖

--第3课导学帖

第4课:最熟悉的陌生人APP

-软件解决的目标是什么?

--软件的目的是什么

-我们使用的软件是怎么来的?

--软件是怎么来的1

--软件是怎么来的2

-操作系统拥有什么样的神力?

--开机过程发生了什么

--操作系统的演变1

--操作系统的演变2

--CPU的管理调度

--虚拟存储技术

--统一驱动外设的方法

-访谈:如何成功研发一款手机APP

--互联网模式下的APP

--ColorV的应用亮点

--如何在互联网中掘金

--ColorV操作讲解

-实践:如何利用注册表进行系统优化

--注册表概述

--用注册表进行系统优化

--注册表与信息安全

-第4课习题作业

-第4课导学帖

--第4课导学帖

第5课:数据如何安好

-数字存储前言

--梳理数字存储历史

--磁、光存储介质

--半导体存储介质

-怎样在存储介质上表示1和0?

--光盘怎样表示1和0

--磁带和半导体怎样表示

-怎样从存储介质读取1和0?

--怎样读取1和0(上)

--怎样读取1和0(下)

-如何找到所需的数据?

--如何找到数据(上)

--如何找到数据(下)

-实践:文章排版基本技能

--引言

--中文输入

--排版的基本编辑对象

--打印字符与非打印字符

--图文混排

--页面设置

--利用样式润色文件段落

--利用表格布局标题

--分栏和首字下沉

--设置页眉与页脚

--设置插图润色排版

--LaTeX入门

-第5课习题作业

-第5课导学帖

--第5课导学帖

第6课:演示文稿制作

-演示文稿制作准备

--操作前的几个概念

--实践前的环境准备

--参考上机练习完成制作

-制作演示文稿

--具体版式幻灯片制作1

--具体版式幻灯片制作2

--具体版式幻灯片制作3

--具体版式幻灯片制作4

--幻灯片切换动画效果

--幻灯片元素动画效果1

--幻灯片元素动画效果2

--幻灯片元素动画效果3

--设置超链接按钮

--设置超链接文本

--设置演示文稿背景音乐

-作品赏析

--咖啡作品:演示效果的普适性

--机器猫作品:路径动画和背景音效

--夏天的风作品:Mac OS制作

--游戏作品:密室逃脱(上)

--游戏作品:密室逃脱(下)

-第6课习题作业

-第6课导学帖

--第6课导学帖

第7课:从单机到联网

-联网目的和资源共享模式的变迁

--中央主机-终端联网

--资源共享模式

--异构网互联

-物联网连入互联网

--互联网与因特网

-访谈:PC在智能穿戴生态系统中的定位

--对话联想(上)

--对话联想(下)

-参观:联想创新中心掠影

--探秘联想创新中心

-第7课习题作业

-第7课导学帖

--第7课导学帖

第8课:+互联网

-从网络组织来描述计算机网络

--计算机网络的定义

--通信线路和设备(上)

--通信线路和设备(下)

--网络软件

-从功能角度来认识计算机网络

--网络体系结构

--IPv4(上)

--IPv4(下)

--IPv6

--查看IP地址/DNS

-实践:网络不通怎么办

--网络连接

--用ping测试连通性

--ipconfig确定配置

--默认网关的MAC地址

--如何知道数据走哪条路

-第8课习题作业

-第8课导学帖

--第8课导学帖

第9课:从图像传感器看世界的物联

-认识图像传感器

--认识图像传感器

--图像传感器的应用

--图像传感器的市场

--图像传感器发展阶段

-图像传感器的应用

--在汽车中的应用1

--在汽车中的应用2

--物联网中的应用

-了解图像传感器技术

--图像传感器的技术

-图像传感器的挑战

--问题与挑战

-讲座:如何在大数据中精准生活

--走进大数据

--探秘腾讯大数据平台

--生活中的大数据

-实践:HTML入门实践

--HTML作业要求

--HTML基本标记

--综合样例(上)

--综合样例(下)

-第9课习题作业

-第9课导学帖

--第9课导学帖

第10课:从信息为王到选择为王

-认识搜索引擎

--这就是搜索引擎

--著名的搜索引擎公司

--搜索引擎技术的发展

--搜索引擎的目标与广告

-信息检索背后的关键技术

--海量数据的获取

--建立快速有效的索引

--搜索结果排名

-搜索引擎的未来

--情境感知的搜索

--社会化搜索

--智能搜索

-实践:Aminer学术搜索

--Aminer介绍

-第10课习题作业

-第10课导学帖

--第10课导学帖

第11课:信息安全知多少

-信息安全的基本要求

--信息安全的基本要求

--早期的计算机安全

-新型的网络攻击有哪些

--联线网络信息安全专家

--信息泄露

--信息安全与社会工程学

--移动安全

-未知攻 焉知防

--未知攻焉知防

--未知攻焉知防2

--信息加密

--安全防范原则

-实践:Excel实践

--认识Excel表格

--实例操作

--实例操作2

--实例操作3

--绘制图表

-第11课习题作业

-第11课导学帖

--第11课导学帖

第12课:说在后面的话

-回顾与展望

--回顾与展望1

--回顾与展望2

--回顾与展望3

--回顾与展望4

-什么是计算

--什么是计算

-访谈:信息技术交叉应用

--对话风投专家1

--对话风投专家2

--对话风投专家3

-嘉宾分享:闲谈数字产业创新

--闲谈数字产业创新(上)

--闲谈数字产业创新(下)

-第12课习题作业

-第12课导学帖

--第12课导学帖

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