行业应用推动HPC产业发展
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今年的6月，一台名为Roadrunner超级计算机浮点运算速度首次突破了千万亿次大关，成为全球最快的计算机，比上一代最快的计算机“蓝色基因”快了一倍。看得出，计算机的运算能力正在快速提升，而越来越强大的计算能力肯定将为高性能计算（High Performance Computing , HPC）提供越来越广阔的应用前景。
日前，为了更好地促进高性能计算的应用走向深入，由中国软件行业协会数学软件分会和本报联合举办了“2008中国高性能计算应用高峰论坛”，行业应用、平民化以及虚拟化技术成为本次高峰论坛的三个关键词。
高性能计算是一个国家科技实力的综合体现，其发展水平直接影响着一个国家的科技实力和国际竞争力。为了抢占科技制高点，世界各国尤其是发达国家都高度重视对高性能计算的研究，由此也推动着高性能计算迅速普及，从最早主要应用于航空航天、军事国防和科学计算领域，到如今成为石油勘探、地震和灾害信息天气预报、三维动画等领域必不可缺少的工具。
近年来，我国在高性能计算领域取得了较快的发展，特别是在超级计算机的研发上。但是，与对高性能计算机的研究相比，我国对高性能计算相关软件的研发投入甚至关注都不足。因此，如何加快高性能计算领域的研究，特别是相关软件的研发，以满足日益增加的对高性能计算的需求，成为业界普遍关注的问题。在日前由中国软件行业协会数学软件分会和本报联合举办的“2008中国高性能计算应用高峰论坛”上，来自政府、研究机构和企业的代表们围绕当前的热点内容进行了探讨。
高性能计算
要扎根行业
从全球高性能计算的发展态势看，美国无疑处于研究的最前沿，其次是欧洲，在亚洲地区，日本也是技术非常领先的国家，这一格局已经形成多年。与上述国家相比，我国的高性能计算技术研究尽管这些年取得了很大进展，但在一些关键部件，特别是在处理器和操作系统等核心部分与发达国家有一定的差距。
不过，核心技术上的相对落后并不妨碍我们充分用好高性能计算这个武器。实践证明，让高性能计算贴近行业应用，以应用推动高性能计算产业的健康发展，在应用中真正发挥出高性能计算的价值，不失为一条发展之路。
根据2007年11月的中国高性能计算机 TOP100排行榜，目前，石油勘探、工业应用、游戏和科研是我国高性能计算的四大主要应用领域，超过了 76%，尤其是石油勘探和网络游戏应用增长迅速，而纯粹用于科研计算的系统所占比例已大幅减少。
业内专家普遍认为，我国高性能计算产业的发展应着眼于应用，避免盲目以追求计算机峰值为目的，而应以用户需求为向导，进一步完善高性能计算环境，拓宽应用领域。
油气勘探是高性能计算的主要应用领域，其中地球物理勘探，特别是地震勘探一直是计算量和数据量最大的业务之一。而东方地球物理公司这些年在地震勘探领域，依靠自己的行业积累和多年的经验走在了世界的前列，其陆地地震勘探市场占有率占全球陆地勘探市场的44%，居全球第一，综合实力位居全球物探行业前三位。
中国石油集团咨询中心工程技术组专家王宏琳教授认为，东方地球物理公司能取得在业界的领导地位除了要归功于硬件装备水平的投入外，更为重要的是相关软件的研发和应用，比如对下一代地震成像技术的研究。
工业和信息化部赵波副司长在演讲中表示，高性能计算产业要加强与各应用领域的合作，加快高性能计算机的大型行业应用软件的研发，以扩展应用的广度和深度，提高应用效率。
软件与集成电路促进中心副主任邱善勤还建议，高性能计算可以向公共服务领域拓展。他说，对中小企业而言，即使是一个中等规模的高性能集群，其软件和硬件的成本以及后期的维护和管理的费用相对还是比较高，中小企业往往难以负担，但它们也存在对高性能计算的需求。
拓展应用领域
高性能计算正在走向平民化是人们的共识。这些年，由于芯片技术的进步，计算能力有了很大提高，而成本则在快速下降，使得普通行业，如产品设计、汽车制造、动漫行业等应用高性能计算系统成为可能。尤其是游戏和动漫行业的快速崛起，已经成为高性能计算机制造商们非常关注的一个领域。
以动漫行业为例，动漫中的渲染是一项非常典型的对计算能力要求很高的工作。比如，即使按最低标准清晰度的视频（即电视的标清分辨率），如果采用一台主流的两路双核的服务器渲染一个15秒的广告，也需要31个小时，可见渲染对高性能计算具有旺盛的需求。
另外，网络游戏行业也是最近一两年来高性能计算的新兴市场。作为一个新兴的产业，网络游戏对计算能力、存储能力以及并发支持能力都有很高的要求。根据2007年公布的中国高性能计算机TOP100公布的数据，它与石油勘探一起成为高性能计算机的最大买家。
“高性能计算必须向普及化、行业化的方向发展，”中科院软件所首席研究员孙家昶说，“同时，还要加快相关应用软件的研究，高性能计算不仅需要硬件平台的支持，更需要应用软件的配合。”
显然，计算机设备制造商已经注意到这种最新的需求，并推出了针对性的产品。据浪潮集团高性能服务器产品部总经理刘军介绍，浪潮不久前为济南的一个动漫渲染基地专门设计了一个高性能计算集群。浪潮用60台双路四核来构建这个集群，整体的峰值速度约4万亿次/秒。目前已安装在齐鲁软件园发展中心，为济南50余家动画、游戏制作公司提供服务。
惠普也推出了基于新型刀片服务器的高性能计算平台。中国惠普有限公司hpc经理张昱说，惠普推出一种基于刀片服务器的高性能计算平台，每个机架最多可以安装1024个处理器核心和4TB内存，可以广泛用于渲染群、网格应用、云计算等对于密度和处理器核心数量要求较高的应用。
服务器供应商曙光信息产业有限公司还推出了个人高性能计算或者叫“蓝领计算”的概念。曙光的个人高性能计算选择以中小企业用户为主要服务对象。因为现有机架式和刀片服务器主要瞄准的是大型客户，从性价比角度分析，中小规模应用并非其强项，而且在适用性和易用性方面也不能满足大量中小企业用户的需求。据了解，曙光推出的个人高性能计算机的计算能力达到0.4万亿次/秒～1万亿次/秒以上，而且具有低成本、易用等特点。
不过，高性能计算在走向普及的同时，也对高性能计算产业提出了新的要求，比如高性能计算必须具备部署容易、管理简单、维护方便，开发高效，同时可以高效实施。另一方面，普及化还对人才的培养提出了要求。特别是那些新兴的行业，如制造、动漫等行业应用和研发力量都非常薄弱且分散，人才问题已经显现。
邱善勤在演讲中指出，高性能计算的专业化技术队伍的建设和普及化的人才培训同等重要。他说，在高性能计算应用领域，我们已经培养了一批专业化的人才，但是与需求相比这个方面的人才还是太少，在很多地方，相关人才的匮乏已经显露出来了。
虚拟化技术受关注
在本次论坛上，虚拟化技术也是大家谈论最多的话题之一。近几年，由于虚拟化能带来一些显而易见的好处，比如，节约电力消耗、节约采购成本、降低管理的复杂性等，受到了越来越多的人的重视，Unix、Linux和Windows都在积极引入或加强虚拟化技术。而在高性能计算领域，也有越来越多的研究机构加入到虚拟化技术的研究队伍中来。
据华中科技大学计算机科学与技术学院院长金海教授介绍，与x86平台上的虚拟化技术流行的原因一样，在高性能计算领域，目前也存在同样的困惑: 计算系统平均利用率并不高。根据以色列Hebrew大学的并行系统实验室对世界上不同的7台超级计算机近12个月的监测结果显示，平均利用率为20%～30%。主要原因是计算系统灵活性不高。比如有两个作业，一个是基于Windows，另一个是基于Linux。如果有计算中心要完成这两个任务时，切换时很可能要重装操作系统。这会浪费大量的时间，而且操作繁琐。
为了解决这些问题，人们开始重视对20世纪60年代IBM提出的虚拟化技术的研究，希望能把底层的物理设备和上层的操作系统以及软件进行分离，以实现利用率和灵活性的最大化。
中国科学院计算技术研究所孙毓忠研究员说，传统的应用系统是由最上面的服务、其下的中间件以及最下面的操作系统构成，引入虚拟化技术之后，在操作系统和硬件之间增加了一个分布式的虚拟化层，从而能屏蔽底层计算机体系结构的复杂性，进而简化应用的开发、部署及管理，从而提高计算机的利用率。
不过，与在x86平台上的虚拟化技术研究卓有成效相比，由于高性能计算应用程序和计算机软硬件交互的多样化，现在还没有一种方法适用于所有的高性能计算机，但这并没有阻挡各国研究人员对虚拟化技术的研究热情。
美国弗吉尼亚理工大学在2007年10月份启动了一项虚拟化技术研究项目――面向专用操作系统的虚拟化技术，该项目获得了美国国家科学基金会的资助，涉及高性能计算机、并行计算、虚拟化、操作系统等方面。我国去年在高性能计算的基础理论与研究方面也设立了一个重大的专项973项目――计算系统虚拟化基础理论与方法研究。金海教授是该项目的主要研究人员之一。
金海介绍说，该项目的研究方向是以用户为中心研究计算系统不同层面的虚拟化机制。具体有三个主要研究内容: 一是执行环境如何动态构建（即任务执行环境虚拟化），第二是异构资源如何透明使用（即资源使用环境虚拟化），第三是操作环境如何协同普适（即用户操作环境虚拟化）。目前，项目组已经在虚拟化研究方面取得了一定进展，包括在虚拟机的研究方面完成了二进制翻译，在虚拟机的原型设计方面完成了多层协同、可装配的模块结构等，此外，在虚拟机迁移、克隆、复制以及虚拟机管理，包括虚拟集群vCluster等研究上都有进展。
尽管如此，后续研究工作仍然很多，金海说: “虚拟化技术已成为新型计算模型的基础，还有很多基础性问题尚未解决，但是，其良好的应用前景吸引着更多的研究人员进入这个研究领域。”