分布式并行计算

FSI

并行 计 算 (ParallelC omputing).简单的讲，就是在并行计算机上所作的计
算，它和常说的高性能计算(High Performance Computing),超级计算(Super
Computing)是同义词，因为任何高性能计算和超级计算总离不开使用并行技术。
近年 来 ， 随着计算机技术的迅猛发展，计算机浮点运算速度越来越快，硬件
价格也不断下降，与之配套的软件功能也越来越完善，这为海量科学计算的并
行化发展提供了必要的物质技术条件。最近几年来，世界上和我国并行计算的
发展取得长足的进展，拥有每秒数百亿次、数千亿次乃至数万亿次计算能力的
高端并行计算机也相继研制成功，同时，数百台，乃至数千台微机组成的大规
模计算机机群网络也投入计算运行，使得以前许多无法求解和研究的问题现在
都成为可能。随着计算技术和计算方法的飞速发展，当今几乎所有学科均趋向
定量化和精确化，从而产生了诸如计算物理学、计算化学、计算材料学、计算
力学、计算生物学、计算气象学和计算电子学等众多新兴学科，在世界上形成
了所谓计算科学与工程CSE( ComputationalSc iencean dE ngineering)的计算性
学科分支。计算，增强了人们从事科学研究的能力，拓宽了人类洞察自然的视
野，加速了科技转化为生产力的过程，深刻地改变着人类认识世界和改造世界
的方法和途径。计算科学(ComputationalSc iences)己经和传统的理论科学和实
验科学并列而成为第三门科学，它们彼此相辅相成地推动着人类科学技术发展
和进步。


然而 人 类 对计算机性能的要求是无止境的，在诸如预测模型的构造和模拟、
工程设计和自动化、能源勘测、医学、军事以及基础理论研究等领域中都对计
算提出了极高的具有挑战性的要求。例如，在作数值气象预报时，要确保全球
气象预报的准确性，据估计在经度、纬度和大气层方向上至少要取20O X 100 X
20=400,000个网格点。目前中期天气预报有的模式需要635万个网格点，内存
需要儿十G字节(IGB=109B)，总运算量达到25TB (1T=1012)，并要求在不到
2个小时内完成48小时的天气预报。当计算能力不足时，只好降低结果的分辨
率，简化计算方案，从而就影响了预报的准确度。又如，在进行油田整体“油
藏模拟”时，假定一个油田有上万口油井，每口油井模拟至少要8X8X50个点，
则总变量个数可高达千万量级，现今的一般计算机难以实现。其他的应用领域
包括航空航天飞行器设计、核爆炸数值模拟、宇宙运动模拟、原子物理过程微
观世界模拟，材料科学中的数值计算，环境资源以及生物计算等。这些重大的
计算问题，涉及到非线性的动力学系统、非规则的复杂结构、非均匀的复合材
料以及奇性边界、活动边界、带约束条件等复杂的数学物理问题。要对这些复
杂的非线性数学物理方程进行大规模和高精度的计算，一般计算机往往是无能
为力的。因此这些高科技领域就为并行计算提供了广阔的发展空间。
作为 国 家 科技前沿的航空航天领域，现代飞行器设计概念的不断更新以及流
体力学的不断发展，使得计算流体力学研究的问题日趋复杂，计算量也越来越
大，简单的以本文AGRAD 445.6机翼颤振计算为例，普通的赛扬800处理器
PC机在LINUX操作系统下，以目前的计算网格数，正常情况计算一个物理时
间步需要约18秒，在一个马赫数下，给出一个飞行速度计算几个结构响应曲线，
需要60008000物理时间步，一个马赫数下一般至少要计算4个到5个飞行速
度，而计算出一条“来流马赫数一颤振临界速度”曲线一般需要7, 8个马赫数，
即使不考虑调试，按计算机满负荷运行，也需要一个半到两个多月，更不必考
虑全机颤振计算了。这样的运算速度，不仅浪费了大量的宝贵时间，也制约了
流场网格的增加，阻碍了计算向更精确的方向发展。因此，近年来国外对非定
常流场的计算和气动弹性问题的研究，都越来越多的转向并行计算。


目前 ， 根 据并行的硬件环境来说，较为常见的并行计算一般可以分为多CPU
的并行计算和多机网络并行计算。从并行实现的软件环境来说，大致可以分为
两类:一类是基于支持特定机器的并行软件，各大计算机公司为了提高其计算
机的浮点运算速度，均在各自机器上开发了充分利用计算机资源进行计算的编
译器，尤其是并行处理的编译器，典型的如SGI工作站上的MIPS Power Fortran,
康柏公司从微软公司购买的Power Station而发展的VisualFo rtran等;另外一类
是借助第三方软件进行并行化计算，典型的跨平台软件如PVM(Parallel Virtual
Machine), MPI(Message Passing Interface)，这两种软件都是公开软件，已被广
泛应用于各行各业:另外其他可移植的编程环境有P4, Express, Linda等。

[ 本帖最后由 风花雪月 于 2008-1-24 15:00 编辑 ]

lyy6912

目前中期天气预报有的模式需要635万个网格点，内存需要儿十G字节(IGB=109B)，总运算量达到25TB (1T=1012)，并要求在不到2个小时内完成48小时的天气预报。当计算能力不足时，只好降低结果的分辨率，简化计算方案，从而就影响了预报的准确度。


难怪天气预报经常不准了，呵呵