透 视 超 级 计 算 机 发 展 历 程（ 二）

高 速 缓 存 超 级 计 算

---- 高 速 缓 存 和 依 赖 于 它 的 微 处 理 器 一 同 进 入 超 级 计 算 领 域 只 是 近 几 年 发 生 的 事 情。 科 研 人 员 在SGI 新 型 的 多 处 理 器 机 器 — — 挑 战XL 服 务 器 上 进 行 扰 动 仿 真 实 验， 并 最 终 完 成 了 计 划 中 可 压 缩 的 千 兆 单 元PPM 仿 真， 为 此 使 用 了16 台 机 器， 每 台 有1.75GB 内 存 和20 个R-4400 处 理 器（100MHz）。 这 些 机 器 相 互 之 间 通 过20 个 光 纤 数 据 分 布 接 口 环 路， 以3D 环 拓 扑 结 构 相 连。 这 个 系 统 运 行 着 迄 今 为 止 最 大 的 流 体 动 力 计 算。

群 集 计 算 变 成 超 级 计 算

---- 千 兆 单 元PPM 扰 动 仿 真 预 示 着 另 一 形 式、 极 具 吸 引 力 的 的 超 级 计 算 机 的 出 现： 即 采 用 标 准 的 网 络 技 术 将 商 业 市 场 所 支 持 的 少 数 功 能 强 大、 经 济 高 效 的 机 器 结 合 在 一 起 的 系 统。 对 超 级 计 算 有 着 重 要 意 义 的 技 术 发 展 是 由 并 未 从 事 技 术 活 动 的 商 业 市 场 客 户 驱 动 的。 当 时 已 建 立 了 一 些 标 准 单 处 理 器 工 作 站 网， 并 采 用 它 们 来 解 决 单 一 问 题。 科 研 人 员 经 过 努 力 使 多 处 理 器 工 作 站 之 间 的 关 系 得 以 协 调， 从 而 得 到 了 全 面 的 超 级 计 算 机 性 能 并 将 群 集 计 算 带 入 了 超 级 计 算 领 域。

编 程 问 题

---- 我 们 的 千 兆 单 元 扰 动 计 算 利 用 问 题 的 大 小 来 简 化 编 制 有 效 的PPM 代 码。 这 种 新 型 超 级 计 算 机 应 当 在 解 决 很 小 的 问 题 时 也 有 效。 它 的 编 程 应 当 遵 循 下 列 范 式 才 能 实 现 高 效：

---- 任 务 识 别： 编 程 人 员 识 别 一 系 列 任 务 并 在 同 步 条 件 下 以 特 定 顺 序 完 成 它 们。 实 际 上 每 一 任 务 包 括 将 关 联 数 据 放 入 高 速 缓 存， 在 其 上 采 用 高 速 缓 存 作 为 临 时 工 作 空 间 进 行 扩 展 的 算 术 操 作 并 且 将 最 终 结 果 送 回 主 存 储 器。

---- 内 存 引 用： 如 果 在 主 内 存 中 引 用 极 少 的 数 据， 将 整 个 计 算 任 务 放 在 高 速 缓 存 工 作 区 内 并 将 所 有 的 主 内 存 引 用 限 制 为 一 次 读 或 写 许 多 位 置 相 临 的 内 存， 能 够 最 有 效 地 完 成 任 务。

---- 处 理 器 同 步： 如 果 能 够 减 少 引 起 处 理 器 等 待 的 同 步 限 制， 则 多 处 理 是 最 有 效 的。 将 主 要 数 据 的 新 旧 拷 贝 存 在 主 内 存 中 通 常 能 消 除 小 任 务 的 同 步 限 制。

---- 在 这 种 范 式 中， 高 速 缓 存 克 服 了 主 内 存 等 待 时 间 和 带 宽 的 限 制。 高 速 缓 存 还 能 以 接 近 峰 值 的 性 能 支 持 随 机 存 取 模 式。 因 此 这 种 模 型 非 常 适 合 于 非 常 规 问 题。

未 来 的 设 计

---- 人 们 很 容 易 将 未 来 的 超 级 计 算 机 设 计 看 成 是 一 种 过 去 的 高 性 能 计 算 — — 向 量 处 理， 成 百 成 千 个 处 理 器 并 行 执 行， 以 及 带 有 高 速 缓 存 微 处 理 器 的 存 储 器 多 任 务 的 结 合。 然 而 所 有 这 一 切 是 否 相 容 呢 ？

---- 到 目 前 为 止 的 经 验 表 明， 在 应 用 中 向 量 处 理 器 的 性 能 可 以 达 到 其 理 论 峰 值 的50%。 相 比 较 而 言， 像MIPS R-10000 这 样 的 现 代RISC 微 处 理 器 在 这 些 应 用 中 采 用64 位 模 式， 只 能 达 到 其 峰 值 性 能 的19% 到28%（ 在32 位 模 式 下 能 达 到25% 至38%）。 而 完 全 标 量 代 码 处 理 速 度 可 以 高 达75%。 如 果 能 够 生 产 出 带 有 高 速 缓 存 的 低 成 本 的 向 量 微 处 理 器， 那 么 保 留 向 量 编 程 模 型 是 很 有 价 值 的。 （ 冯 洁 编 译）

计 算 机 工 业 发 展 进 程 表
1989 年 Tim Berners-Lee 向CERN（ 欧 洲 核 研 究 委 员 会） 建 议 万 维 网 计 划。 4 月，Intel 发 布 有120 万 个 晶 体 管 的80486 芯 片。
Seymour Cray 创 立Cray Computer Corp.， 开 始 开 发 采 用 砷 化 镓 芯 片 的Cray 3。
第 一 套SPEC 基 准 测 试 程 序 发 布， 方 便 了 用 于 科 学 计 算 的 机 器 性 能 比 较。
1990 年 1 月29 日， 贝 尔 实 验 室 的 科 学 家 展 示 了 第 一 个 全 光 学（all-optical）的 处 理 器。
5 月，Microsoft 推 出Windows 3.0， 加 剧 了 由 于 与Macintosh 操 作 系 统“ 外 表 和 感 觉” 类 似 而 引 起 的 与Apple 的 法 律 争 端。
HP 和IBM 均 发 布 了 基 于RISC 的 计 算 机。
Intel 的i486 和iPSC/860 以 及Motorola 的68040 投 放 市 场。
Berners-Lee 写 出 了 万 维 网 的 最 初 原 型， 包 括URLs、HTML 和HTTP。
Arpanet 被 正 式 取 消。
1991 年 日 本 贸 易 工 业 部 放 弃 第 五 代 计 算 机 研 究 计 划， 准 备 开 发 以 神 经 网 络 为 基 础 的 第 六 代 计 算 机。
7 月30 日，IBM、Motorola 和Apple 宣 布 成 立PowerPC 联 盟。
1992 年 3 月 初， 米 开 朗 基 罗 病 毒 引 起 社 会 关 注。
3 月， 第 一 个M-bone 多 路 广 播 在 网 上 传 输。
DEC 发 布 第 一 个 实 现64 位RISC Alpha 结 构 的 芯 片。
1993 年 Apple 发 布 第 一 个 流 行 的 个 人 数 字 助 理Newton。 它 采 用 指 示 笔， 但 第 一 代 个 人 数 字 助 理 手 写 体 识 别 的 性 能 很 差。
3 月，Intel Pentium 面 市。
伊 利 诺 斯 大 学 国 家 超 级 计 算 应 用 中 心 开 发 了 用 于Internet 浏 览 的 图 形 用 户 界 面NCSA Mosaic。
1994 年 4 月，Jim Clark 和Marc Andreesen 成 立Netscape Communications（ 最 初 是Mosaic Communication）。
南 加 州 大 学 的Leonard Adleman 展 示 了 能 被 用 作 计 算 媒 介 的DNA。
Netscape 的 第 一 个 浏 览 器9 月 面 市， 并 迅 速 成 为 网 上 冲 浪 的 主 要 工 具。
1995 年 《 玩 具 总 动 员》 是 第 一 部 完 全 由 计 算 机 制 作 的 电 影。
5 月 推 出 的Java 编 程 语 言 使 独 立 于 平 台 的 应 用 程 序 开 发 成 为 可 能。
8 月24 日，Windows 95 在 一 片 称 赞 声 中 问 市。
1996 年 Intel Pentium Pro 面 市。
IEEE Computer Society 成 立50 周 年。

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