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探索我国信息技术体系的自立自强之路——兼序“构建自立自强的信息技术体系”专题

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中国科学院院刊 2022年第1期37卷 1-7页

作者：李国杰孙凝晖中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

高水平科技自立自强不是靠单项技术,而是要形成强大的国家技术体系,即“国家平台”。信息技术3.0(IT3.0)时代一定会产生不同于IT 1.0和IT 2.0时代的新技术体系,这是中国构建自立自强信息技术体系的难得机遇。未来的信息技术产业生态将... 详细信息

高水平科技自立自强不是靠单项技术,而是要形成强大的国家技术体系,即“国家平台”。信息技术3.0(IT3.0)时代一定会产生不同于IT 1.0和IT 2.0时代的新技术体系,这是中国构建自立自强信息技术体系的难得机遇。未来的信息技术产业生态将朝着领域专用、百花齐放的方向发展,中国的优势将在未来的竞争中充分体现。构建信息技术体系应重视5个原则:(1)正确处理自立自强与开放合作的辩证统一关系;(2)以系统结构创新为主,重在跨层纵向整合;(3)发展开源生态,构建技术命运共同体;(4)重点发展领域专用产业生态;(5)大力发展敏捷设计和敏捷制造。文章还简要介绍了《中国科学院院刊》“构建自立自强的信息技术体系”专题的8篇文章,这些文章侧重于技术方向和科研模式的选择,一定程度上反映了我国科技人员探索建立信息技术新体系的努力踪迹和期望的愿景。

关键词：信息技术体系高水平自立自强技术命运共同体跨层纵向整合开源生态敏捷设计敏捷制造

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并行文件系统的设计

计算机学报 1994年第12期17卷 938-945页

作者：孙凝晖国家智能计算机研究开发中心中国科学院计算技术研究所

在大规模并行处理巨型机（ＭＰＰ）的设计中，提高Ｉ／Ｏ性能同提高计算能力和通信能力同样重要．并行文件系统（ＰＦＳ）在多个Ｉ／Ｏ结点的多个磁盘上，分布文件系统和文件的磁盘块，将文件读写在计算结点转化成多个对物理块的直接Ｉ... 详细信息

在大规模并行处理巨型机（ＭＰＰ）的设计中，提高Ｉ／Ｏ性能同提高计算能力和通信能力同样重要．并行文件系统（ＰＦＳ）在多个Ｉ／Ｏ结点的多个磁盘上，分布文件系统和文件的磁盘块，将文件读写在计算结点转化成多个对物理块的直接Ｉ／Ｏ请求，利用预读、预分配、磁盘缓冲区和异步Ｉ／Ｏ增加Ｉ／Ｏ的井发性，在特定的文件使用模式下，也是ＭＰＰ应用的主要Ｉ／Ｏ模式，获得很高的Ｉ／Ｏ效率．

关键词：巨型计算机并行文件系统磁盘缓冲设计

基于SN结构的事件流并行数据库加载均衡策略研究

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计算机研究与发展 2009年第1期46卷 159-166页

作者：刘莹王启荣孙凝晖中国科学院计算技术研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100039 IBM中国软件开发中心北京100085

倾斜问题是并行系统普遍存在的问题,对系统的性能影响很大.事件流数据库作为数据流应用的后端分析处理系统具有连续大量的事件流加载与用户查询并存的特点,传统的解决数据倾斜的方法无法适应其动态加载的特点.以主干网的网络安全监控应... 详细信息

倾斜问题是并行系统普遍存在的问题,对系统的性能影响很大.事件流数据库作为数据流应用的后端分析处理系统具有连续大量的事件流加载与用户查询并存的特点,传统的解决数据倾斜的方法无法适应其动态加载的特点.以主干网的网络安全监控应用为研究背景,结合事件流负载特征,针对基于无共享结构的事件流并行数据库提出了一种基于周期计数的能力感知加载均衡策略.该方法在保证加载性能的同时,可以根据加载节点的能力在线自动调解数据分布,不仅有效预防和解决了系统倾斜,还为查询服务的性能奠定了良好的基础.模拟分析和真实测试都证明这种加载均衡策略较其他策略更有效.

关键词：倾斜事件流并行数据库负载均衡加载策略

HPP:一种支持高性能和效用计算的体系结构

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计算机学报 2008年第9期31卷 1503-1508页

作者：孙凝晖李凯陈明宇中国科学院计算技术研究所中国科学院计算机系统结构重点实验室北京100190 普林斯顿大学计算机科学系

为了同时做到应对千万亿次高性能计算的技术挑战和满足数据中心(data center)未来的主要应用模式效用计算(utility computing)的需求,提出了一种称为HPP(Hyper Parallel Processing)的高性能计算机体系结构.HPP的主要特征是全局地址空间... 详细信息

为了同时做到应对千万亿次高性能计算的技术挑战和满足数据中心(data center)未来的主要应用模式效用计算(utility computing)的需求,提出了一种称为HPP(Hyper Parallel Processing)的高性能计算机体系结构.HPP的主要特征是全局地址空间(global address space)和单一操作系统映像的超节点(hyper node).HPP结合了MPP的可扩展性,DSM的高效通信和机群的普及化的优点,为高性能计算和效用计算都提供了许多创新研究的机会.基于HPP体系结构,实现了一个曙光5000高性能计算机的原型系统,初步验证了它的可行性.

关键词：高性能计算效用计算体系结构超并行千万亿次

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高性能计算机发展与政策

中国科学院院刊 2019年第6期34卷 609-616页

作者：孙凝晖谭光明中国科学院计算技术研究所

高性能计算技术和产业逐步发展,不断繁荣,从仅服务于国家战略部门对性能巅峰的需求到兼顾市场驱动、应用推广和产业化推进,中国高性能计算翻越了打破封锁、打破垄断和引领创新的'三座大山',逐步缩小了与国外先进研制水平的差距,并在整... 详细信息

高性能计算技术和产业逐步发展,不断繁荣,从仅服务于国家战略部门对性能巅峰的需求到兼顾市场驱动、应用推广和产业化推进,中国高性能计算翻越了打破封锁、打破垄断和引领创新的'三座大山',逐步缩小了与国外先进研制水平的差距,并在整机系统设计和关键技术上取得了世界领先的成就。文章分析了超算发展的趋势和曙光机的发展之路,将高性能计算机发展的挑战总结为2点:摩尔定律失效前可持续地构建E级系统,以及后摩尔定律时代超算系统的革命性技术。针对这些挑战,文章进而围绕'面向世界科技前沿,面向国家重大需求,面向国民经济主战场'阐述了关于高性能计算机发展的政策建议。

关键词：高性能计算曙光机政策建议

一种支持EB级存储的可扩展存储空间管理方法

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计算机研究与发展 2013年第8期50卷 1573-1582页

作者：邢晶熊劲孙凝晖马捷中国科学院计算技术研究所北京100190

随着海量数据应用的增多,机群文件系统需要具备对PB甚至EB级存储空间进行管理的能力.受数据位置信息维护方法的限制,在面对需要管理的百亿甚至万亿个对象时,对象存储服务器在数据定位、负载均衡和复本维护方面均存在可扩展处理的问题.... 详细信息

随着海量数据应用的增多,机群文件系统需要具备对PB甚至EB级存储空间进行管理的能力.受数据位置信息维护方法的限制,在面对需要管理的百亿甚至万亿个对象时,对象存储服务器在数据定位、负载均衡和复本维护方面均存在可扩展处理的问题.为了满足日益增长的存储需求,提出了一种可扩展的存储空间管理方法.首先,该方法将存储空间中的对象位置信息通过Extendible Hashing以两级索引结构的方式进行组织,以此来支持对海量对象位置信息的扩展性管理;其次,该方法依靠对象位置信息在多服务器的分布结果来放置对象,文件系统能通过对索引结构的调整以较低开销实现负载均衡;最后,该方法以数据位置信息组织的索引结构为粒度进行复本维护以降低复本位置信息的维护开销.实验评测表明,存储空间管理方法能够支持海量数据的高效管理.在负载均衡方法的作用下,多存储服务器的I/O聚合带宽因负载均衡而能够取得10%的提升.相比Lustre和DCFS3,该系统在多客户端并发访问环境下具有更好的扩展性能.

关键词：机群文件系统海量存储数据放置数据定位多复本存储空间管理

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T-NBC:透明的MPI非阻塞集合操作

计算机学报 2011年第11期34卷 2052-2063页

作者：李强孙凝晖霍志刚马捷中国科学院计算技术研究所高性能计算机研究中心北京100190 中国科学院计算机系统结构重点实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100049

在不修改应用程序的前提下,在MPI通信库中将阻塞的集合操作转化为非阻塞的实现可以将集合通信与紧跟在集合操作之后的计算重叠起来,从而提高应用的性能.在应用中,集合操作之后的计算包括集合通信无关的计算和集合通信相关的计算两类.集... 详细信息

在不修改应用程序的前提下,在MPI通信库中将阻塞的集合操作转化为非阻塞的实现可以将集合通信与紧跟在集合操作之后的计算重叠起来,从而提高应用的性能.在应用中,集合操作之后的计算包括集合通信无关的计算和集合通信相关的计算两类.集合通信可以与前者很好地重叠;由于后者需要访问通信数据,与后者的重叠和集合通信中多个集合子消息的通信顺序密切相关.在该文中,我们实现了对应用透明的非阻塞集合操作T-NBC(Transparent Non-Blocking Collective operations).T-NBC不但将集合通信与集合通信无关的计算充分重叠起来,而且为了进一步增大集合通信与集合通信相关计算的重叠,它可根据应用访问多个集合子消息的顺序赋予这些子消息不同的通信优先级.微基准测试显示,T-NBC可以将绝大部分的集合通信与集合操作之后的计算重叠起来.在NPB(NAS Parallel Benchmarks)测试FT(Fourier Transform)和IS(Integer Sort)中,尽管集合操作之后的计算主要为集合通信相关的计算,但很大部分的集合通信时间被重叠,它们的性能分别提高了5%和36%.

关键词：透明非阻塞集合操作重叠优先级

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高性能计算机曙光4000A的网格使能特征

计算机研究与发展 2004年第12期41卷 2079-2087页

作者：孟丹孙凝晖徐志伟中国科学院计算技术研究所国家智能计算机研究开发中心北京100080

网格计算的理想是实现基于Internet的资源共享和协同工作 ,是Internet继WWW后的又一个发展浪潮高性能计算机 (超级服务器 )是网格中主要的共享资源提供者 ,而网格也必将成为高性能计算机的主要应用环境因此网格成为推动高性能计算机... 详细信息

网格计算的理想是实现基于Internet的资源共享和协同工作 ,是Internet继WWW后的又一个发展浪潮高性能计算机 (超级服务器 )是网格中主要的共享资源提供者 ,而网格也必将成为高性能计算机的主要应用环境因此网格成为推动高性能计算机发展的一个重要因素 ,高性能计算机研制中必须考虑网格的需求 ,并提供必要的支持曙光 4 0 0 0A是由中国科学院计算技术研究所最新研制的面向网格的高性能计算机 ,该系统的研制得到国家“八六三”高技术研究发展计划的支持 ,并作为中国国家网格的主节点部署在上海超级计算中心详细论述了曙光 4 0 0 0A系统中主要的网格使能特征 ,这些特征从体系结构、系统硬件和软件方面对网格提供了支持。

关键词：高性能计算机网格网格使能技术大规模机群计算网格路由器

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采用有效切分的负载平衡

计算机研究与发展 1992年第12期29卷 5-12页

作者：孙凝晖李国杰国家智能计算机研究开发中心北京100080

负载平衡是影响分布式处理效率的关键。对于静态的负载平衡,特别是数值计算中的负载平衡已有不少研究成果,但是对于并行组合搜索等人工智能问题,由于负载的动态特性,现有的负载平衡算法的实际效果并不好。本文讨论动态的负载平衡,着重... 详细信息

负载平衡是影响分布式处理效率的关键。对于静态的负载平衡,特别是数值计算中的负载平衡已有不少研究成果,但是对于并行组合搜索等人工智能问题,由于负载的动态特性,现有的负载平衡算法的实际效果并不好。本文讨论动态的负载平衡,着重分析负载平衡对并行组合搜索效率的影响。本文的结果表明,任务切分的有效性是影响负载平衡时间开销的重要因素。我们在共享存储型多处理机ENCORE Multimax 520上模拟分布式计算,把有效切分策略应用于求解N皇后问题的并行深度优先搜索算法和求解旅行推销员问题的并行分枝限界算法中,获得了比已有结果更好的并行效率。

关键词：负载平衡有效切分分布式处理