高性能計算應(yīng)用的需求與發(fā)展

文/姚舸

“高性能計算應(yīng)用”是當(dāng)下我國重要發(fā)展應(yīng)用模式之一，具有較大的意義影響。然而現(xiàn)階段有關(guān)我國高性能計算應(yīng)用的需求與發(fā)展研究不多，基于該問題現(xiàn)狀，要求行之有效的方法對其進(jìn)行分析研究，如高性能計算應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的需求、高性能計算應(yīng)用在生產(chǎn)建設(shè)中的需求、實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”經(jīng)濟(jì)分析、實現(xiàn)生產(chǎn)效率質(zhì)量提升等，本次研究對高性能計算應(yīng)用的需求與發(fā)展進(jìn)行分析，有十分重要的理論意義。

1 高性能計算應(yīng)用概述

隨著我國綜合國力不斷提升，科學(xué)信息技術(shù)也不斷突破，其中最為代表性的為“高性能計算應(yīng)用”。高性能計算應(yīng)用不是單一片面簡單應(yīng)用，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)及資料整理研究發(fā)現(xiàn)，高性能計算應(yīng)用具有較為具體的泛指內(nèi)涵，主要包括高性能計算應(yīng)用、高性能計算機(jī)技術(shù)，二者從功能發(fā)揮、互相促進(jìn)等方面密切相關(guān)。首先，高性能計算機(jī)及相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，為其高性能計算應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)與前提。一旦缺乏其高性能計算機(jī)及相關(guān)技術(shù)，高性能計算應(yīng)用就無法有力落地及發(fā)展。其次，高性能計算應(yīng)用的物質(zhì)設(shè)備來源于“高性能計算機(jī)及相關(guān)技術(shù)”。主要包括：計算設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，這些都對高性能計算應(yīng)用起到極為重要的保障作用。同時，從變相促動發(fā)展的角度來講，高性能計算應(yīng)用也為其計算機(jī)及相關(guān)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新提供“動力”推動。主要是因為高性能計算應(yīng)用的涉及領(lǐng)域、使用范圍都較廣、較多，例如：物質(zhì)材料領(lǐng)域、生物信息領(lǐng)域、軍工核武領(lǐng)域、氣象天氣預(yù)報、醫(yī)療及工業(yè)領(lǐng)域都有其高性能計算應(yīng)用的體現(xiàn)。最后，基于當(dāng)下我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，加大對高性能計算機(jī)及實際應(yīng)用的技術(shù)突破，從多方面、多角度對其技術(shù)層面進(jìn)行研發(fā)，為更好的推動社會發(fā)展及科技升級打下重要基礎(chǔ)。

2 高性能計算應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)形成

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也不斷與之提升。其中，最為代表性的為計算機(jī)科學(xué)及相關(guān)技術(shù)發(fā)展。高性能計算機(jī)的研發(fā)與形成是通過無數(shù)實驗與探索而實現(xiàn)，高性能計算機(jī)的前身為“向量計算機(jī)”。其技術(shù)突破主要從“處理器”更新創(chuàng)新起步，在高性能計算機(jī)研發(fā)階段主要包括：對稱多處理機(jī)、大規(guī)模并行處理機(jī)、機(jī)群系統(tǒng)、星群系統(tǒng)等處理器更新?lián)Q代。同時，隨著人類科技水平不斷提升，一種更為高計算能力及精密度超高性能計算機(jī)逐漸呈現(xiàn)人們視野。現(xiàn)階段，在高性能計算機(jī)及相關(guān)計算應(yīng)用較為領(lǐng)先的國家為美國、歐洲和日本。而我國在高性能計算機(jī)與相關(guān)技術(shù)應(yīng)用研發(fā)中逐漸由傳統(tǒng)的模仿式向自主型轉(zhuǎn)變，我國已經(jīng)可以自主研發(fā)出于美國、日本相同功能的高性能計算機(jī)。而在其應(yīng)用中我國也由以往的片面應(yīng)用領(lǐng)域向多元應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵤?，高性能計算?yīng)用不再局限于傳統(tǒng)的教學(xué)科研等方面，而是向醫(yī)療、生產(chǎn)、金融、國防等諸多領(lǐng)域發(fā)展。

3 高性能計算應(yīng)用的具體需求

3.1 高性能計算應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的需求

隨著我國改革開放至今，市場經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展已經(jīng)構(gòu)建我國發(fā)展體系、戰(zhàn)略布局的重要保障，針對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性及作用性，“高性能計算應(yīng)用”的融入應(yīng)用尤為重要。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中主要通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)布局、產(chǎn)業(yè)升級、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新等完成，在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中，需要一種新技術(shù)、新元素、新方法來促進(jìn)提升，而高性能計算應(yīng)用的實質(zhì)性正是在于通過先進(jìn)電子技術(shù)、計算方式、軟件應(yīng)用等為產(chǎn)業(yè)調(diào)整及升級轉(zhuǎn)型起到實質(zhì)性推動作用。例如：零售業(yè)通過高性能計算支撐下的AI對大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)自動控制庫存和物流，降低相關(guān)倉儲和運(yùn)輸費(fèi)用支出，提高商品轉(zhuǎn)運(yùn)效率，降低成本和員工勞動強(qiáng)度，傳統(tǒng)零售業(yè)向智能零售業(yè)轉(zhuǎn)型升級。例如：汽車生產(chǎn)制造行業(yè)通過高性能計算應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，將原有的實物仿真為通過高性能計算仿真模擬，通過簡單高校的高性能計算可以模擬汽車碰撞、發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等復(fù)雜的過程，提升了設(shè)計效率及質(zhì)量的同時，也極大降低了人力成本，為汽車制造產(chǎn)業(yè)的升級轉(zhuǎn)型奠定堅實基礎(chǔ)環(huán)境。

3.2 高性能計算應(yīng)用在生產(chǎn)建設(shè)中的需求

高性能計算應(yīng)用在生產(chǎn)建設(shè)中的意義在于從中國制造向中國創(chuàng)造的提升。我國生產(chǎn)建設(shè)主要以企業(yè)加工制造、項目工程施工為主，高性能計算應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用為其二者起到至關(guān)重要的推動作用，幫助企業(yè)實現(xiàn)原始創(chuàng)新。例如：聲學(xué)設(shè)備生產(chǎn)廠家早期主要以代工為主，技術(shù)含量低利潤率低可替代性強(qiáng)，企業(yè)經(jīng)過一段時間代工的技術(shù)基礎(chǔ)，擴(kuò)大研究團(tuán)隊通過高性能計算研發(fā)新材料新結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)從代加工向原創(chuàng)設(shè)計的升級。例如：企業(yè)通過高性能計算和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的集成，進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量管控，從海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)中高性能的挖掘內(nèi)在聯(lián)系，發(fā)覺人難以察覺的優(yōu)化點(diǎn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)了企業(yè)市場競爭力。因此，高性能計算應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)在我國生產(chǎn)建設(shè)中意義重大，不僅對其效率、質(zhì)量起到保障作用，實現(xiàn)技術(shù)升級產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

4 高性能計算應(yīng)用作用體現(xiàn)

4.1 實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”經(jīng)濟(jì)分析

“大數(shù)據(jù)”經(jīng)濟(jì)分析不是單一片面的簡單流程，而是更為應(yīng)用、合理的系統(tǒng)布局。大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)前提是高性能計算應(yīng)用。同時，高性能計算應(yīng)用的合理應(yīng)用及優(yōu)化操作對大數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)性、正確性起到相對促進(jìn)作用，具體運(yùn)用如下：

（1）正確合理選擇高性能計算大數(shù)據(jù)分析軟件，選擇軟件是高性能計算運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析的重要基礎(chǔ)前提，應(yīng)該根據(jù)分析數(shù)據(jù)實際需求及種類，對相關(guān)軟件進(jìn)行選擇應(yīng)用，以保障其符合性、正確性。

（2）提升大數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)分析高性能計算操作人員綜合素質(zhì)，對其專業(yè)性進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，這樣才能為提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性奠定基礎(chǔ)。

（3）對相關(guān)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行評估，通過高性能計算技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)對其分析結(jié)果進(jìn)行合理評估，提升其數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)性。綜上述所，科學(xué)、合理的利用高性能計算機(jī)應(yīng)用可以全面實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”?；诋?dāng)下我國科學(xué)水平不斷提升及人們對經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)披露日益關(guān)注，應(yīng)采用更為高效精準(zhǔn)的計算應(yīng)用系統(tǒng)，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計、整理及分析工作，以此應(yīng)對大數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)時代所帶來的挑戰(zhàn)。

4.2 實現(xiàn)生產(chǎn)效率質(zhì)量提升

在生產(chǎn)效率質(zhì)量提升方面以土木工程信息化管理為實際案例進(jìn)行分析概述，所謂“信息化技術(shù)”就是基于計算機(jī)信息技術(shù)基礎(chǔ)上更為完善的應(yīng)用型技術(shù)。信息化技術(shù)的實質(zhì)是實現(xiàn)生產(chǎn)、管理自動化、智能化與效率化。對管理成本與人工的投入起到極強(qiáng)的降低效果。信息化技術(shù)以高性能機(jī)器學(xué)習(xí)計算、管理軟件、大規(guī)模數(shù)據(jù)庫為核心，針對不同領(lǐng)域開展不同的應(yīng)用渠道?，F(xiàn)階段，我國信息化技術(shù)發(fā)展較快，其應(yīng)用領(lǐng)域與實施空間逐漸擴(kuò)大。其中，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，主要體現(xiàn)在工程管理、材料管理與供給鏈體系中。而土木工程管理中的信息化技術(shù)應(yīng)用更具有實質(zhì)性與成果性。信息化技術(shù)的應(yīng)用簡化了工程管理流程，提升了其管理核心的集約式，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理分析，實現(xiàn)了統(tǒng)一共享與動態(tài)存儲。所以說信息化技術(shù)是構(gòu)建土木工程信息體系的重要基礎(chǔ)與保障。所以，科學(xué)及生產(chǎn)是密不可分的必然聯(lián)系，也是其互相影響、促進(jìn)的主要動力。

5 結(jié)論

綜上所述，通過對高性能計算應(yīng)用的需求與發(fā)展進(jìn)行分析研究，主要包括：高性能計算應(yīng)用概述、高性能計算應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)形成、高性能計算應(yīng)用的具體需求，其包括高性能計算應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的需求、高性能計算應(yīng)用在生產(chǎn)建設(shè)中的需求，高性能計算應(yīng)用作用體現(xiàn)，其包括實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)”經(jīng)濟(jì)分析、實現(xiàn)生產(chǎn)效率質(zhì)量提升等，從多方面、多角度對高性能計算應(yīng)用的需求與發(fā)展進(jìn)行闡明，為下一步工作開展奠定堅實基礎(chǔ)。