高性能計算(HPC)利用超級計算機和并行處理技術，快速完成耗時較長的任務或同時完成多個任務。HPC市場既是一個傳統的市場，又是一個新興的、高速發展的市場。定位高端用戶、標桿項目，影響力大、平民化趨勢、快速發展。

高性能計算的工作原理

在高性能計算中，處理信息的兩種主要方式為：串行處理，由中央處理器 (CPU) 完成。每個 CPU 核心通常每次只能處理一個任務。CPU 對于運行各種功能而言至關重要，如操作系統和基本應用程序（如文字處理、辦公生產力工具等）。

并行處理，可利用多個 CPU 或圖形處理器 (GPU) 完成。GPU 最初是專為圖形處理而設計的。它可在數據矩陣（如屏幕像素）中同時執行多種算術運算。同時在多個數據平面上工作的能力使 GPU 非常適合在機器學習 (ML) 應用任務中進行并行處理，如識別視頻中的物體。

突破超級計算的極限需要不同的系統架構。大多數高性能計算系統通過超高帶寬將多個處理器和內存模塊互連并聚合，從而實現并行處理。一些高性能計算系統將 CPU 和 GPU 結合在一起，被稱為異構計算。 計算機計算能力的度量單位被稱為“FLOPS”（每秒浮點運算次數）。截至 2019 年初，現有的高端超級計算機可以執行 143.5 千萬億次 FLOPS (143 × 1015)。此類超級計算機被稱為千萬億次級，可以執行超過千萬億次 FLOPS。相比之下，高端游戲臺式機的速度要慢 1,000,000 倍以上，可執行約 200 千兆次 FLOPS (1 × 109)。超級計算在處理和吞吐量方面的重大突破很快將會實現超級計算的下一個重大級別——百億億次級，該級別的速度比千萬億次級約快 1,000 倍。這意味著百億億次級超級計算機每秒將能夠執行 1018（或者 10 億 x 10 億）次運算。

“FLOPS”是對理論處理速度的描述，實現該速度需要連續向處理器傳輸數據。因此，系統設計必須考慮到數據吞吐量這一因素。系統內存以及處理節點之間的互連會影響數據傳輸到處理器的速度。

為了實現1百億億次級 FLOPS 的下一級超級計算機處理性能，大概需要 5,000,000 個臺式機。*假定每個臺式機具備 200 千兆次 FLOPS 的能力。

術語知識

高性能計算 (HPC)：一個廣義上的強大計算系統，其范圍涵蓋簡單計算機（如 1 個 CPU + 8 個 GPU），乃至世界一流的超級計算機

超級計算機：最先進的高性能計算機，以不斷提高的性能標準為依據

異構計算：優化串行 (CPU) 和并行 (GPU) 處理能力的高性能計算架構

內存：在高性能計算系統中為實現快速訪問而存儲數據的地方

互連：可令處理節點互相通信的系統層；在超級計算機中存在多個級別的互連

千萬億次級：為達到每秒執行千萬億次 (1015) 運算而設計的超級計算機

百億億次級：為達到每秒執行百億億次 (1018) 運算而設計的超級計算機

為什么要做高性能計算？

從系統的角度：集成系統資源，以滿足不斷增長的對性能和功能的要求

從應用的角度：適當分解應用，以實現更大規模或更細致的計算

解決問題：科學和工程問題的數值模擬與仿真（計算密集、數據密集、網絡密集、三種混合）。

審核編輯 ：李倩