[发明专利]一种面向多尺度计算的计算机系统

说明书

技术领域

本发明涉及高性能计算机领域，尤其涉及一种面向多尺度计算的计算机系统。

背景技术

随着现代科学技术的飞速发展，传统的科学实验和理论研究方法已不能完全满足当代科学研究与技术进步的需求，计算机模拟作为20世纪发展起来的新型科研手段被视为现代科学技术进步的“加速器”而受到越来越多的重视。大型计算机模拟是以计算能力为基础，依据研究目标的理论模型运用数值计算方法，在计算机上进行虚拟实验。大型计算机模拟的特点是费用低、周期短、方便灵活、应用广泛，甚至可以模拟人类现代技术无法实现的科学实验，如星系演化和宇宙形成过程等。因此，超级计算系统已经成为世界各国竞相研制的科研设备。

经研究发现，多尺度结构和离散性是大多数模拟对象的共同特征。经过进一步的实例研究，可以采用下面的具有普遍性的技术对具有多尺度结构的复杂系统进行模拟：

1）在适当尺度上将系统离散为大量具有近程可叠加相互作用的简单模型单元；

2）除上述单元间的相互作用外，它们还受一个或多个变分或极值条件的约束，从而具有与单独运动时不同的行为；

3）施加的约束的形式也决定于受约束单元的行为，因此可以设置更高层次、更复杂的模型单元，通过与较低层单元的相互作用来体现这种约束－反馈机制；

4）上述单元间的关系可以嵌套，从而形成多层次计算模型。

针对上述技术，我们可以设计多层次近程连接、自上而下由繁到简、由少到多的计算单元系统，使计算单元与模型单元、模型单元间的作用与计算单元间的连接之间建立适当的映射关系，从而最大限度地发挥计算硬件的性能，减少不必要的硬件开销。同时，采用这种技术，根据模拟对象物理上的稳定性条件，我们还可以通过上层单元对下层单元的约束来修正计算误差，从机理上保证计算的精度。

在中国发明专利200910237027.1提出了一种面向多尺度复杂系统，基于变分多尺度方法的计算机软硬件结构，高效的实现了对复杂系统的合理模拟。但是，所公开的计算机软硬件结构是为解决复杂系统的合理模拟而定制的，适用范围较窄。

单指令多数据技术又被称为单指令流多数据流技术，是使用单个控制单元来异步地控制多个运算单元，从而实现并行计算的技术。多指令多数据技术又被称为多指令流多数据流技术，是使用多个控制单元来异步地控制多个运算单元，实现并行计算的技术。

显式算法和隐式算法是动力学分析中常见的两种算法。显式算法采用动力学方程的一些差分格式，不需要进行平衡迭代，计算速度快，时间步长只要取的足够小，一般不存在收敛性问题。因此需要的内存也比隐式算法要少。并且数值计算过程可以很容易地进行并行计算，程序编制也相对简单。但显式算法采用的时间步长一般较小，只有在计算问题的规模足够大时才能显示其优势。

隐式算法中，在每一时间步内都需要对动力学平衡方程进行迭代求解，并且每次迭代都需要求解大型的线性方程组，这个过程需要占用相当数量的计算资源、磁盘空间和内存。该算法中的时间步长可以比较大，至少可以比显式算法大得多，但是实际运算中上要受到迭代次数及非线性程度的限制，需要取一个合理值。

发明内容

本发明的目的在于提出一种面向多尺度计算的计算机系统，所述的计算机系统能够采用多尺度计算技术提高计算效率，同时适用范围广，可扩展性强。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种面向多尺度计算的计算机系统，所述计算机系统包括：

多个通用多核处理器，用于计算过程的控制与调度；

多指令多数据众核处理器，用于判断和分支较多的计算任务的处理；

单指令多数据众核处理器，用于判断和分支较少的计算任务的处理；

网络接口卡，用于将所述计算机系统连接至计算机网络。

进一步的，所述多个通用多核处理器、多指令多数据众核处理器、单指令多数据众核处理器及多个网络接口卡均与外部设备总线（PCI）连接，以实现多个处理器之间及处理器与所述网络接口卡之间的通信。

进一步的，所述多个通用多核处理器均通过存储总线与共享存储器连接，以实现多个通用多核处理器之间的存储共享。

进一步的，所述多个通用多核处理器之间通过高速总线相互连接，以实现多个通用多核处理器之间的通信。

进一步的，所述通用多核处理器采用英特尔（Intel）公司的至强（Xeon）系列处理器；所述通用多核处理器之间的高速总线采用英特尔（Intel）公司的快速通道互联（Quick Path Interconnect,QPI）技术。