算力、数据、AI已经成为驱动当今社会技术发展的三架马车，而算力也从传统的超级计算向云超算的方向发展。本书旨在探讨当前超级计算与云计算的融合而给算力带来的新的发展，介绍当前在算力领域的一些实践和探索，从理论到工程，帮助读者了解超级计算的关键技术与未来发展，从而更好地应用和发展高性能技术。
算力已成为科技创新和发展的重要支撑，算力经济也成为数字经济社会的重要支柱。本书基于两位作者多年来的行业实践和思考编写而成，从为什么需要超级计算机、超级计算机能解决什么样的问题、超级计算机的演变与发展，以及超级计算的发展等方面进行了深入讨论，更对当前广受关注的算力经济进行了深刻的诠释。本书既具科普性，又具有专业性和前沿性，无论是算力和算力经济相关行业的技术人员、管理人员，还是超级计算技术的爱好者，都能从本书中受益。
如果说蒸汽机是工业革命的引擎，发电机是电气时代的引擎，那么计算机就是数字信息时代的引擎，而超级计算机是引领科学计算创新、攀登新高峰的引擎。
通常，人们认为计算机就是用来计算的，因为它算得快、算得准。这个观点没有错， 早发明计算机就是为了计算（Computation），而计算机的能力也称为算力（Computing Power），特别是在密码破译中，计算机发挥了巨大作用。这是个博弈问题，只要我方计算机算得比敌方快，敌方就很难破译我方的密码，而我方就可能破译敌方密码。随着计算机应用领域的扩展，计算机应用已经无处不在了。我们已经从单纯地依靠计算机计算的时期迈入了数字时代，即计算机世界可以是物理世界的一个数字模型。在这个数字虚拟空间中，我们几乎可以做任何想做的事情，比如战场模拟对抗、汽车碰撞、数字风洞、大气模拟等。这时，我们发现解决这类问题的计算规模是巨大的，数据是海量的，普通计算机无法承载和完成这类任务，所以超级计算机应运而生。
在和业内的首席信息官（CIO）们接触时，他们常常会问，超级计算机到底有什么用？在决策要上马的超级计算机项目时，他们往往困惑于需要多大的计算能力。更为纠结的是，这个方案应该找谁来规划？企业董事长或财务总监则关心投资回报率怎么衡量。其实，问题的核心在于不知道超级计算机能解决我的什么问题。我们可以看到，很多创新企业或产品的背后都有超级计算机的助力，从薯片生产到新能源汽车、宇宙大爆炸研究、太空之旅都利用了超级计算机来解决问题。
我们可以看到，超级计算机的应用对一个制造企业是非常重要的。业内人士有一个共识，即制造业每投资1美元用于超级计算机的建设，就会产生83美元的收入和20美元的利润。
现在，公有云的发展如火如荼，云的概念深入人心，我国许多城市也在致力于建设超级计算中心。但人们总觉得超级计算中心和公有云是两条路上跑的车，完全没有交集。事实是这样吗？我们试图在书中探讨、回答这个问题。
本书就为什么需要超级计算机、超级计算机能解决什么样的问题、超级计算机的演变与发展，以及超级计算与云计算的融合发展展开深入的探讨，希望读者对以上问题有个深入的理解。对那些希望或者正在建设超级计算机的CIO们来说，本书可以给他们提供建设方法和方向、技术方面的提示和经验分享。
希望这本书能让更多人了解高性能计算，用好高性能计算的算力服务，让算力经济发挥更大的作用。祝大家阅读愉快！
张福波 张云泉
2022年6月
张福波 天云软件创始人、首席科学家，在软件行业有30多年的工作经验。在比利时皇家根特大学获得博士学位，获得多项技术专利。曾为美国罗斯拉姆斯核物理中心开发超级计算机调度系统。参与和主持了国家863制造网格项目，作为网格专家参与实施了当时国内大超级计算中心上海超级计算中心的建设项目。1988年参与银河二号超级计算机的设计和编译系统的建设。曾被评为中国软件十大领军人物。
张云泉博士，中科院计算所研究员，博士生导师，并行软件实验室主任。中国工业与应用数学学会副秘书长，中国计算机学会理事、会士、高性能计算专业委员会秘书长，中国智能计算产业联盟执行理事长，ACM中国高性能计算专家委员会主席，中国软件行业协会常务理事。主要研究方向为并行程序设计和性能评价、并行计算和并行编程模型等。获2000年和2019年国家科技进步奖二等奖各一项，2021年度ACM 戈登·贝尔奖提名，首届CCF青竹奖。中国高性能计算机TOP100排行榜创始人和发布者，国际人工智能算力排行榜AIPerf500发起人，PAC、CCF CPC和ACM IPCC超算大赛创始人。担任国际会议程序委员会委员和共同主席一百余次。国家基因库高级顾问，青海省大数据与云计算咨询专家委员会委员，贵州省农业大数据专家委员会委员等。
目录
序一
序二
序三
前言
第1章 什么是超级计算机1
1.1 超级计算机简史 2
1.2 现代超级计算机 8
1.2.1 并行计算和并发计算 11
1.2.2 分布式计算系统 12
1.2.3 超级计算机的能源使用和热量管理 25
1.3 超级计算机的发展 26
1.3.1 量子计算机的概念和重要性 30
1.3.2 量子计算机中的量子纠缠 30
1.3.3 量子计算机的研发 31
1.3.4 未来的超级计算机 32
1.4 超级计算与算力经济 33
第2章 超级计算机及其应用43
2.1 超级计算机是科技研发和创新的引擎 44
2.1.1 人均算力消费反映了一个国家的科技创新水平44
2.1.2 超级计算机与人工智能 46
2.1.3 超级计算机与机器学习 48
2.1.4 超级计算机的应用领域 49
2.2 超级计算机与工业智能制造 55
2.2.1 CAE的下一个时代是数字孪生 56
2.2.2 人工智能结合HPC提升制造效率 59
2.2.3 工业4.0和HPC 60
2.3 超级计算机与人工智能、大数据的融合 63
2.3.1 超级计算机与人工智能、大数据融合
是必然的趋势 63
2.3.2 融合的案例 68
第3章 超级计算机的建设与管理71
3.1 超级计算机的集群建设 72
3.1.1 建设HPC集群前需要了解的知识 72
3.1.2 建设HPC集群需要考虑的因素 79
3.1.3 建设HPC集群 88
3.2 应用集成平台和调度引擎 95
3.2.1 集群调度软件和应用集成中台 96
3.2.2 SD-WAN和多地HPC资源池共享 103
3.3 我国超算的发展 103
3.3.1 中国TOP100排行榜和世界TOP500排行榜 103
3.3.2 上海超算中心助力工程仿真应用 116
3.3.3 神威太湖之光：独立自主研发的超级
计算机的样板 123
第4章 超级计算与云计算131
4.1 传统超级计算与云计算 133
4.1.1 超级计算与云计算的区别 133
4.1.2 超级计算和云计算的经济学 134
4.2 超级计算和云计算的融合 138
4.2.1 超算上云已是大势所趋 138
4.2.2 世界知名高性能计算云提供商 141
4.2.3 超级计算向云靠拢 144
4.2.4 高性能计算云的弹性集群即服务 148
4.2.5 亚马逊HPC云 151
4.2.6 我国超算上云的情况 164
4.3 我国的超级计算云 165
4.3.1 超算云和云超算 165
4.3.2 阿里云的E-HPC 167
4.3.3 北京超级云计算中心的超算云 179
参考文献185
后记与致谢189
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