张亚英 吴乘胜 王建春 刘宏斌

（1. 中国船舶科学研究中心 无锡 214082；2. 国家超级计算无锡中心 无锡 214072）

引 言

高性能计算已深入诸多科学与工程应用领域的数值模拟中，成为科技创新和提升核心竞争力的重要手段和支撑。具体到船舶水动力学领域，随着CFD计算量成几何量级增长，对计算能力的要求越来越高，在超级计算机上开展大规模计算渐趋普遍。

近年来，超级计算机架构正在发生由同构向异构发展的变革。由于“主频墙”的限制，单核处理器计算性能趋于极限；由于“通信墙”的限制，基于分布式的并行计算无法在大规模并行中获得优秀的加速效果；由于“功耗墙”的限制，通过大规模扩展通用处理器（CPU）提升计算能力也不太现实。因此，异构众核逐渐成为超级计算机架构的发展趋势。以2020年6月22日发布的超级计算机TOP500榜单为例，其中144台都采用加速器或协处理器，也就是采用异构众核架构；在榜单前10名中，8台采用异构众核架构；而近十年来登顶的超级计算机，全部采用异构众核架构。

异构是相对于同构而言，因此先简单介绍一下同构架构。同构架构中所有的计算核心都是由CPU构成，所有计算核心的逻辑处理能力和数据计算能力都很强，不受计算任务复杂度的影响；但其缺点是成本高、功耗大。异构与同构相比，计算核心的种类不同，一般既有CPU，也有协处理器。异构系统可以进行深层次并行，使计算任务划分更加细化，并行程度更高。典型的异构众核处理器架构包括CPU+GPU架构、CPU+MIC架构等，“神威·太湖之光”超级计算机的国产申威架构SW26010处理器，也属于异构众核架构。……