美国发布保持E时代高性能计算领先地位
年9月,美国信息技术与创新基金会(ITIF)发布题为《保持美国高性能计算在E(百亿亿次级计算)时代的领先地位》(SustainingU.S.High-PerformanceComputingLeadershipinanExascaleEra)的报告,报告介绍了高性能计算的重要性、国际高性能计算领导地位的重要性、高性能计算的下一代商业应用,以及促进高性能计算发展的政策建议。
高性能计算(HPC)即超级计算机通过融合处理能力和存储能力,快速解决科学、工程、商业等不同领域的计算难题和挑战。HPC是战略性的、颠覆性的技术,在促进经济、科学发展和国家安全方面具有潜在意义,同时,HPC也代表了科学发现和商业创新的前沿,也是国家和企业竞争的前沿领域。
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高性能计算(HPC)高性能计算(HPC)是超级计算机应用复杂的模型和大数据集来研究和解决复杂的科学、工程和技术挑战。超级计算机是全球最快、最大、最具能力的计算机系统。HPC将计算机体系结构、程序和电子、算法和应用软件等技术融合在同一个平台,以快速和高效的解决问题。
超级计算机是通过FLOPS(每秒浮点运算次数)来评估的,即每秒所执行的浮点运算次数。过去30年,超级计算的能力呈指数级增长。年,全球最快的超级计算机可以计算亿次,即10^9FLOPS。随后,最快的超级计算机的运算速度稳定增长,年达到10^1FLOPS(1Teraflops),年达了10^15(1Petaflops)。0年5月30日,美国能源部下属橡树岭国家实验室研发的超级计算机Frontier实测性能达到1.1Exaflops(10^18FLOPS),成为全球首台E级超级计算机,表明当前高性能计算正式进入E(百亿亿次级)时代。
FLOPS、Teraflops、Petaflops、Exaflops的对应关系如图所示:
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高性能计算重要性高性能计算对于国家经济和国家安全非常重要,主要体现在以下方面:
HPC可以促进新的科学和技术发现。E级计算机比P级计算机的运算速度快倍。E级计算机每秒可以运行百亿亿次,可以更加真实地模拟科学发现中的一些过程,从而解决更加复杂多变的科学、技术、工程挑战。
HPC代表了先进计算的最尖端。应用更快的GPU、加速器等硬件的需求使得HPC成为先进计算的最前沿。超级计算机推动了E时代的进程,从服务器到、笔记本、平板和手机,都变得速度更快,功能更强大,同时也在驱动半导体和计算机架构设计的创新,最终影响服务器、计算机、手机等IT平台。
赋能大数据、人工智能、机器学习、深度学习创新。大数据、人工智能、机器学习、深度学习激发了对HPC的需求,HPC也越来越多地应用于这些领域。超级计算机不仅可以快速处理大数据集,还可以在大数据集上更快地实现算法训练,并且处理不同种类的结构化数据和非结构化数据,比如视频、音频、图片、文本、温度、气压等。此外,超级计算机还可以充分发挥边缘计算的潜力,使得AI与HPC的关系发生变化。
带来巨大的直接和间接经济收益。超级计算机的使用会带来巨大的直接和间接经济收益。Hyperion公司在一项针对个公司的调研中发现,企业每对HPC投入1美元,将平均产生45美元收益。在金融、生命科学、制造业和交通行业,企业对HPC投入1美元将平均获得美元的销售收入,以及38美元的盈利或成本节约。此外,基于Linux的超级计算机的销售产生了超过亿美元的销售额,预计0-06年销售额将达到亿美元。
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全球主要国家HPC发展现状鉴于高性能计算对于国家经济和国家安全的重要性,许多国家和地区都在竞争超级计算的全球领导地位,包括超级计算机的运算能力、超级计算机的数量、高性能计算应用能力、利用计算能力方法的有效性等方面。
超级计算机全球数量与占比。年11月,在全球超级计算机top榜单中,美国占个,中国占个。到了0年6月,这一数量发生了翻转:中国个,美国18个。中国在该榜单上的占比数量增长了58%,而美国减少了1/3,排名第二和第三的日本和德国数量相对稳定。
超算应用能力。相比之下,美国投入了数十亿美元用于开发超算计算机的软件和应用,还投入大量资金用于培训使用这些工具的研究人员。也就是说,美国更加
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