航空航天中的高级计算机体系结构：探索并行处理技术

"航空航天-高级体系结构" 在航空航天领域，研究工作常常涉及到对飞行器性能的深入探讨，例如三维翼型的设计。为了理解这种设计对飞机性能的影响，通常需要通过数值模拟来解决复杂的Navier-Stokes方程。在这个过程中，采用时间相关法进行求解，而所需的计算资源相当庞大。一个典型的例子是，一个120×40×50的网格分点问题需要160MB的内存，并且在一台具有6亿计算能力的计算机上运行12小时才能得出结果。如果期望在几分钟内完成这样的设计迭代，那么就需要拥有能够执行千亿次计算的超级计算机，这体现了高性能计算在航空航天工程中的重要性。 高级计算机体系结构是支撑这种高性能计算的基础。课程由沈学利教授主讲，内容涵盖了电信学院研究生的深度学习主题。教材中推荐了三本书，分别关注并行性、可扩展性和可编程性，以及计算机架构的定量方法。这些书籍旨在帮助学生理解和掌握如何设计和优化计算机系统，以支持大规模并行计算。 在高级计算机体系结构的课程中，核心知识点包括： 1. 并行处理：这是提高计算机性能的关键技术。并行处理是指同时处理多个任务、指令或数据，通过并行处理计算机系统实现。并行性有同时性（同一时刻发生）和并发性（同一时间间隔内发生）之分。此外，流水线技术也是一种并行处理方式，它使得在重叠的时间内能处理多个事件。 2. 并行性级别：根据粒度（计算量的度量），并行性可以分为指令级、循环级、过程级、子程序级和作业级等不同层次。其中，指令级并行是细粒度的，循环级并行则属于中粒度，它们都是通过编译器优化或向量化来实现的。 3. 流水线处理：流水线技术允许数据在不同阶段并行处理，提高了处理器效率。通过将处理过程划分为多个阶段，每个阶段可以在不同的时间处理不同的数据，从而实现时间上的并行。 4. 并行存储器系统、Cache相关性、Memory一致性：这些都是高级计算机体系结构中涉及的重要概念，它们确保多处理器系统中的数据访问速度和一致性，是高性能计算中的关键挑战。 5. 分区与调度、互连与通信：这些话题关注如何有效地分配计算任务和资源，以及如何在并行系统中实现高效的数据通信。 通过学习这些内容，学生将具备设计和分析高性能计算系统的能力，这对于航空航天领域的高级体系结构研究至关重要，能够支持更快、更精确的飞行器性能模拟和设计优化。