1、并行编程：从经典应用到硬件新趋势

并行编程：从经典应用到硬件新趋势

1. 并行性的经典应用

在高性能科学计算领域，并行编程和高效并行程序的设计已经发展多年。科学问题的模拟在自然科学和工程科学中是一个日益重要的领域。更精确的模拟或对更大规模问题的模拟，使得对计算能力和内存空间的需求不断增加。

1.1 科学模拟的应用领域

• 气象预报 ：基于涉及偏微分方程的复杂数学模型进行模拟，以预测大气的未来发展，这只能通过模拟来实现。
• 汽车行业的碰撞模拟 ：基于有限元方法，通过计算机模拟可以获得比实际实验更精确的结果，并且成本更低。
• 药物设计 ：借助计算机模拟来探索药物的特性和效果。
• 影视和广告行业的计算机图形应用 ：创造出逼真的视觉效果。

1.2 并行计算在科学模拟中的必要性

计算机模拟通常需要大量的计算资源。如果计算机系统性能较低，会显著限制模拟的规模和结果的准确性。因此，并行计算机常被用于执行这些模拟任务。如今，由服务器节点组成的集群系统广泛可用，节点内的多核处理器也提供了更多的并行性，可用于快速计算。

1.3 并行程序的实现步骤

要使用并行计算机或集群系统，需要将计算任务划分为多个独立的部分，并分配给并行资源执行。科学模拟通常使用一维或多维数组作为数据结构，并通过嵌套循环组织计算。为了实现并行执行，算法需要用合适的编程语言来表达，通常会在标准编程语言（如C、Fortran或Java）中添