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：并行处理是提高计算机系统性能的重要途径。目前几乎所有的高性能计算机系统，都或多或少地采用了并行处理技术。但是，并行处理的引入也带来了两个问题，即实际性能差和可编程性差。这些问题的存在不仅使并行计算机系统失去了其性能价格比优势，而且大大减弱了并行计算机在求解单个大问题方面的能力。在超级计算方面获得的经验主要来自向量处理机和向量多处理机。现在已经发现，在向量超级计算机中可以忽略的许多问题，如问题分割、负载平衡、通信效率等，对并行计算机的性能起着关键的作用。因为这些问题及其作用形式随应用领域、体系结构和系统软件的不同而有较大的差异，很难找到系统性的方法来消除它们对性能的影响。因此，一些关键理论和技术的进一步研究和发展已成为超级计算科学能否很好地利用并行处理系统不断提高其潜在性能的关键。
人类对计算能力的需求是永无止境的，而在各种类型的计算系统中，超级计算机的性能最高。90年代以来，超级计算机在工业、商业和设计等民用领域的重要性越来越明显了。因此，超级计算机的发展，不仅会深刻地改变产品和材料的设计方法，改变研究和实验的方式，而且将逐步影响人们的生活方式。超级计算机已经成为体现一个国家经济和国防力量的重要标志。
20多年来，超级计算机的工作频率只提高了将近10倍，而峰值速度却提高了1万倍。这说明，主要的性能改善来自结构的进步，尤其是来自各种形式的并行处理技术。但是，超级计算机的用户们关心的并不是系统在理论上的最高速度，而是实际解题所需要的时间和程序设计及移植的工作量。
面临的主要问题
并行处理是提高计算机系统性能的重要途径。目前几乎所有的高性能计算机系统，都或多或少地采用了并行处理技术。但是，并行处理的引入也带来了两个问题，即实际性能差和可编程性差。这些问题的存在不仅使并行计算机系统失去了其性能价格比优势，而且大大减弱了并行计算机在求解单个大问题方面的能力。
在超级计算方面获得的经验主要来自向量处理机和向量多处理机。现在已经发现，在向量超级计算机中可以忽略的许多问题，如问题分割、负载平衡、通信效率等，对并行计算机的性能起着关键的作用。因为这些问题及其作用形式随应用领域、体系结构和系统软件的不同而有较大的差异，很难找到系统性的方法来消除它们对性能的影响。因此，一些关键理论和技术的进一步研究和发展已成为超级计算科学能否很好地利用并行处理系统不断提高其潜在性能的关键。
超级计算理论
所谓超级计算理论，就是涉及超级计算机和超级计算科学的基本理论，它研究如何设计高性能的并行计算系统，如何发挥超级计算机的性能，为超级计算科学服务。超级计算理论主要包括下面三个方面的内容，即超级计算(或并行处理)模型、超级计算方法和超级计算机系统。
超级计算理论的突破口是并行计算模型。并行计算模型是并行体系结构和并行算法之间的接口界面。在这一界面的约定下，并行系统的设计者可以设计对并行性的支持机构，以提高系统性能；算法设计者可以发展高效率的计算方法以充分利用并行系统的计算能力。
目前通行的将串行算法(程序)人工或自动地改为并行算法(程序)的做法有很大的局限性。因此，从并行处理的角度重新考察应用问题的数学或物理模型才是根本的出路所在。计算效率或实际计算时间(而不是处理机效率)应是评价不同算法性能的惟一标准。
对于超级计算系统，下述几个部分是决定整个系统性能的关键：高速的单元处理机、存储系统、通信机制、同步机制和I/O系统。为了提高并行系统的实际速度，一方面要改进这几个部分的结构设计，另一方面必须改善系统软件的效率，加强静态和动态优化的能力。尤其是应注意发展能有效地隐藏或容忍较长访问延迟的新技术和新结构，以避免CPU周期的浪费。
超级计算理论的三个方面以往分属不同领域。
展 望
根据著名的摩尔规律，集成电路芯片上可集成的晶体管数呈指数增长(平均每三年翻两番)。如果这一规律在下世纪初仍能适用，那么我们很快就会看到集成了几十亿甚至几百亿个晶体管的芯片。如何有效地利用如此庞大的资源为日益增长的计算需求服务，是摆在计算机系统设计者面前的一项重大挑战。可以继续通过增强动态调度能力开发指令级并行性，也可以直接在芯片上集成多个CPU和高速缓存以构成一个片内的对称多处理机；可以引入可同时执行的多线程结构来隐藏访问存储器的延迟，还可以直接在芯片上集成大容量的动态存储器。硬件实现虽然复杂，但毕竟是能够做到的。问题的关键还是在于应用程序究竟能获益多少。超级计算理论的突破应该能回答这个问题。 |
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