浅析HPC体系结构发展之路

     HPC（High Performance Computing）即高性能计算。有别于普通的PC，HPC被广泛应用在科研、金融、国防、能源等对计算性能要求非常高的领域。高性能计算机的体系结构在不断变化，从SMP, MPP, DSM等多处理器系统到集群Cluster，到分布式计算系统，例如网格以及工作站等等，所有这些变化的目的都是为了计算性能的提升。本文就HPC体系结构的发展历程以及趋势作一个简单的分析。

 1 HPC体系结构发展历史的简单回顾

      20世纪70年代出现的向量计算机可以看作是第一代的高性能计算机。通过在计算机中加入向量流水部件，可以大大提高科学计算中向量运算的速度，其中比较著名的有 CDC 系列、CRAY 系列、NEC 的 SX 系列向量机。中国有代表性的是银河1号及中科院计算所的 757计算机。 80 年代初，随着VLSI技术和微处理器的技术的发展，向量机一统天下的格局逐渐被打破。通过多个廉价的微处理器构建的并行化超级计算机开始出现。“性能/价格比”而非单一性能成为衡量高性能计算机系统的重要指标。对称多处理机即SMP系统在这种形式下应运而生，SMP由数目相对较少的微处理器共享物理内存和 I/O总线形成的计算机系统（国内最早基于微处理器的 SMP为曙光 1 号）。SMP与单机系统兼容性好，是单机系统的升级与增强，被广泛应用于商业计算领域。 由于在可扩展性上存在的“先天缺陷”，90年代初期，大规模并行处理（MPP）系统取代SMP开始成为高性能计算机发展的主流。MPP主要由多个微处理器通过高速互联网络构成，每个处理器之间通过消息传递的方式进行通讯和协调。比较有代表性的有TMC 的CM-5, Intel Paragon 等。中国的第一个MPP系