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高性能计算机与网格的研究开发态势（2004） Status and Trends in HPC and Grid Research 徐志伟 2004年1月30日修订 文档状态：本报告系列是我所“曙光高性能计算机”和“织女星网格”两个品牌的相关研究开发动态与趋势的整合与分析，也包括与“龙芯”品牌、存储服务器相关的内容。另外,本报告系列关注计算机领域的突破性创新，对全所的工作都有参考作用。本报告主要关注国际研究开发趋势，但也包括市场应用趋势、对我所的影响。 本报告不定期推出，大约一年一次。本文是本系列第二个报告。第一个报告是《操作系统、网格、机群研究开发的若干动向》（2002年8月5日）。更前的报告见《国外高端计算机的研究开发趋势与对策》（2000年2月10日）。与织女星网格相关的报告见《织女星网格：关键问题与设计原理》（2002年11月22日）。本报告部分内容取自《电脑启示录》下篇《启示录?电脑的未来》草稿。 摘要：本文基于2002年8月至2003年12月，通过参加GGF-6、SC02、HPC Asia 2002、GCC2002、GGF-8、HPDC-13、SC03、Cluster 2003、GCC 2003以及与IBM?、高性能计算机与网格的研究开发态势 1 1. 计算机领域面临大转折 3 1.1. 计算机产业发展的六个规律 3 1.1.1. 摩尔定律 3 1.1.2. 周期规律与S曲线 3 1.1.3. 网络效应 4 1.1.4. 小世界现象（网络论） 4 1.1.5. 病毒性市场现象 5 1.1.6. 开放规律与因特网路线 5 1.2. 计算机产业发展的四个趋势 6 1.2.1. 摩尔定律与革命性体系结构概念、牧村浪潮 7 1.2.2. 广泛普及趋势 10 1.2.3. 网络计算趋势（网格化趋势） 11 1.2.4. 因特网路线趋势 12 2. 高性能计算机的研究开发态势 13 2.1. 机群 13 2.1.1. 机群已成为中高档高性能计算机主流产品 13 2.1.2. Linpack机群已成为大路货（Commodity） 15 2.1.3. Linpack机群受到两种质疑 15 2.1.4. 第三代机群：机群的创新机会 16 2.2. Supercomputing 2003（SC2003）要点 17 2.3. 革命性体系结构及系统部件技术 17 3. 网格技术的研究开发态势 18 3.1. 英国e-Science网格 18 3.2. OGSA/OGSI/Globus 19 3.3. 网格面临的挑战 20 3.4. 网格的远景和科学问题 21 4. 中国市场的新动向 22 5. 对计算所的启示 22 6. 参考文献 23 计算机领域面临大转折 尽管从市场和媒体角度看，电脑产业变幻无常，但事实上，电脑产业发展具有自身的规律。有些规律是技术领域的普遍规律，有些是电脑学科特有的；有些规律随时间而变化，有些则比较持久；有些早已存在，有些则是近10年来逐渐浮现出来。本文讨论适合于今后15年的六个基本规律，即摩尔定律、周期规律、网络效应、小世界现象（网络论）、病毒市场现象，因特网路线，以及随之而来的几个对2005-2020年电脑产业发展趋势的判断，总结了四个趋势和它们构成的转折。本节摘自《电脑启示录》下篇《启示录?电脑的未来》草稿。 计算机产业发展的六个规律 摩尔定律 电脑发展史上有一条规律40年一直未变，而且业界普遍认为它会持续到2020年。这个规律就是摩尔定律。它说，一块半导体集成电路芯片上的晶体管数每隔2年就要翻一番，从而使得芯片的性能（每秒钟执行的指令数）也每隔2年就翻一番。 摩尔定律是一种经验观察，并不是牛顿定律一样的物理规律。但它反映了市场需求，同时也是芯片厂商的响应。它有一种自我加强性：摩尔定律意味着不懈的竞争，芯片厂商为了在市场上站住脚，必须不断改进技术，这又反过来加强了摩尔定律。必威体育精装版统计研究表明，半导体集成电路芯片上的晶体管数翻一番所花的时间并不是刚好两年，而是有一些波动。在1965-1975年期间平均是17个月；在1975-1985年期间是22个月，在1985-1995年期间延长到了平均32个月，在1995-2003年期间又缩短到22-24个月。18个月是市场媒体的夸张。 周期规律与S曲线 任何技术的发展都遵循周期规律，亦称S曲线。图1是我们今天看得到的计算机技术的曲线，该图是作者根据IBM副总裁乌拉道斯基-伯格博士的材料修改得来的。 计算机技术的S曲线 周期规律包含如下要点： 任何技术都有一定的生命期。 生命期可以分成若干阶段（图1显示了前四个阶段，后面还有成熟、衰亡）。 每个阶段都需要技术创新，但目的和重点有所不同。 每个阶段是由一些更小的S曲线组合而成。 像“计算机科学与技术”这样的一级学科，宏观上讲也是一