1. 高性能計(jì)算簡(jiǎn)介

1.1 高性能計(jì)算是什么

高性能計(jì)算（High Performance Computing，HPC）是一種計(jì)算技術(shù)和領(lǐng)域，旨在通過(guò)使用并行計(jì)算和專用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、大規(guī)模和高效的計(jì)算任務(wù)。它的目標(biāo)是通過(guò)利用多個(gè)處理器、多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和優(yōu)化的算法，以及高速的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)系統(tǒng)，提供比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更強(qiáng)大的計(jì)算能力和吞吐量。

高性能計(jì)算通常用于解決復(fù)雜的科學(xué)、工程和商業(yè)問(wèn)題，涉及大規(guī)模數(shù)據(jù)處理、模擬仿真、數(shù)據(jù)分析和模型優(yōu)化等任務(wù)。它在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，如天文學(xué)、生物科學(xué)、氣象學(xué)、工程設(shè)計(jì)、金融分析和藥物研發(fā)等。

高性能計(jì)算的核心思想是將計(jì)算任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，并在多個(gè)處理單元（如多核處理器、圖形處理器（GPU）或?qū)Ｓ眉铀倨鳎┥贤瑫r(shí)執(zhí)行，以顯著提高計(jì)算速度和效率。并行計(jì)算、分布式計(jì)算和優(yōu)化算法是實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)。

高性能計(jì)算涉及許多方面的技術(shù)和概念，包括并行編程模型（如MPI、OpenMP和CUDA）、高性能文件系統(tǒng)（如Lustre和GPFS）、集群管理工具（如Slurm和PBS）以及性能分析和調(diào)優(yōu)工具。它的發(fā)展受到計(jì)算硬件、網(wǎng)絡(luò)通信、存儲(chǔ)技術(shù)和算法優(yōu)化等方面的持續(xù)進(jìn)步影響。

總之，高性能計(jì)算是一種能夠處理大規(guī)模和復(fù)雜計(jì)算任務(wù)的計(jì)算技術(shù)，通過(guò)利用并行計(jì)算和專用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、高效和精確的計(jì)算，為科學(xué)、工程和商業(yè)領(lǐng)域提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理能力。

1.2高性能計(jì)算歷史

1940年代：在第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事需求，早期的計(jì)算機(jī)開始應(yīng)用于科學(xué)和工程計(jì)算。代表人物包括：

康威（John von Neumann）：在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和計(jì)算理論方面做出了重要貢獻(xiàn)，提出了馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的概念。

1950年代：在這個(gè)時(shí)期，計(jì)算機(jī)開始在科學(xué)和工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。代表人物包括：

約翰遜（Grace Hopper）：開發(fā)了第一個(gè)編譯器，奠定了高級(jí)編程語(yǔ)言的基礎(chǔ)。

肖克利（Seymour Cray）：設(shè)計(jì)了世界上第一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)CDC 6600，被認(rèn)為是高性能計(jì)算的奠基人之一。

1960年代：超級(jí)計(jì)算機(jī)的概念開始發(fā)展，并出現(xiàn)了更多的計(jì)算機(jī)廠商。代表人物包括：

克萊·西格爾（Gene Amdahl）：設(shè)計(jì)了IBM的主要超級(jí)計(jì)算機(jī)系列，如IBM System/360和IBM System/370。

1970年代：在這個(gè)時(shí)期，計(jì)算機(jī)性能和可用性得到了顯著提高。代表人物包括：

高德納（Donald Knuth）：編寫了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典著作《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)藝術(shù)》，對(duì)算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做出了重要貢獻(xiàn)。

1980年代：超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)展取得了重要突破，商業(yè)和科學(xué)界對(duì)高性能計(jì)算的需求不斷增加。代表人物包括：

庫(kù)克（Seymour Cray）：設(shè)計(jì)了多臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，如Cray-1、Cray-2和Cray-3，成為超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的重要人物。

1990年代：高性能計(jì)算開始向更廣泛的領(lǐng)域滲透，應(yīng)用范圍擴(kuò)大。代表人物包括：

戈登·貝爾（Gordon Bell）：在超級(jí)計(jì)算機(jī)和并行計(jì)算領(lǐng)域做出了重要貢獻(xiàn)，并提出了貝爾定律。

2000年代至今：隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，高性能計(jì)算得到了廣泛應(yīng)用，并成為許多科學(xué)和工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)設(shè)

備。代表人物和里程碑事件包括：

安德魯·塔威（Andrew Tanenbaum）和David J. Kuck于2006年推出了一種新的并行編程模型OpenMP，它成為廣泛使用的共享內(nèi)存并行編程標(biāo)準(zhǔn)。

2008年，TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜首次引入了圖靈獎(jiǎng)得主杰克·多斯特（Jack Dongarra）和埃里克·斯托羅姆（Erich Strohmaier）領(lǐng)導(dǎo)的全球高性能計(jì)算組織（HPCG）基準(zhǔn)測(cè)試，該基準(zhǔn)測(cè)試更好地反映了真實(shí)應(yīng)用的性能需求。

CUDA（Compute Unified Device Architecture）于2007年由NVIDIA推出，為GPU（圖形處理單元）上的并行計(jì)算提供了開發(fā)平臺(tái)，引領(lǐng)了GPU計(jì)算的發(fā)展。

2013年，美國(guó)能源部推出了頂尖超級(jí)計(jì)算機(jī)峰值性能可達(dá)20PFLOPS（每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)），名為“泰坦”，它標(biāo)志著超級(jí)計(jì)算機(jī)性能的新里程碑。

2023高性能計(jì)算大會(huì)發(fā)布了最新IO500榜單，國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心構(gòu)建的驗(yàn)證性計(jì)算集群（Cheeloo-1）在10節(jié)點(diǎn)研究型榜單登頂奪冠，測(cè)試得分突破13萬(wàn)。繼濟(jì)南超算山河計(jì)算集群在ISC2022奪冠后，國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心以超越歷史最佳紀(jì)錄15倍的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，再次問(wèn)鼎全球。

1.3 高性能計(jì)算人盡皆知的優(yōu)勢(shì)

高計(jì)算能力：高性能計(jì)算系統(tǒng)具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠處理大規(guī)模、復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。它利用并行計(jì)算和專用硬件（如多核處理器、圖形處理器和加速器）來(lái)實(shí)現(xiàn)高速的計(jì)算操作，大大提高了計(jì)算效率和吞吐量。

大規(guī)模數(shù)據(jù)處理：高性能計(jì)算系統(tǒng)能夠處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)集合，包括海量數(shù)據(jù)和高維數(shù)據(jù)。它提供高速的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠快速讀取、處理和存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析、模擬和模型優(yōu)化任務(wù)。

快速計(jì)算速度：高性能計(jì)算系統(tǒng)通過(guò)并行計(jì)算和優(yōu)化算法，能夠顯著提高計(jì)算速度。它將計(jì)算任務(wù)分解成多個(gè)子任務(wù)，并在多個(gè)處理單元上同時(shí)執(zhí)行，大大縮短了計(jì)算時(shí)間，使得原本耗時(shí)較長(zhǎng)的任務(wù)能夠迅速完成。

解決復(fù)雜問(wèn)題：高性能計(jì)算系統(tǒng)能夠處理和解決各種復(fù)雜問(wèn)題，包括科學(xué)研究、工程仿真、氣象預(yù)測(cè)、金融建模等。它能夠進(jìn)行精確的數(shù)值計(jì)算、模擬和優(yōu)化，幫助科學(xué)家、工程師和決策者更好地理解和解決實(shí)際問(wèn)題。

提升創(chuàng)新和發(fā)現(xiàn)：高性能計(jì)算為科學(xué)研究和工程創(chuàng)新提供了重要支持。它能夠進(jìn)行復(fù)雜的模擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，幫助科學(xué)家們深入探索未知領(lǐng)域，加速發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新的過(guò)程。

加速產(chǎn)品開發(fā)和優(yōu)化：高性能計(jì)算可以用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化和性能評(píng)估等任務(wù)。它能夠進(jìn)行虛擬仿真和模擬實(shí)驗(yàn)，幫助企業(yè)快速驗(yàn)證和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，降低開發(fā)成本和時(shí)間，并提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

支持決策制定：高性能計(jì)算能夠提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析和模型預(yù)測(cè)，為決策制定者提供重要的信息和指導(dǎo)。它可以進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)挖掘和模式識(shí)別，幫助發(fā)現(xiàn)隱藏的關(guān)聯(lián)和趨勢(shì)，為決策提供科學(xué)依據(jù)。

1.4 高性能計(jì)算的應(yīng)用場(chǎng)景

高性能計(jì)算（High Performance Computing，HPC）在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。以下是高性能計(jì)算的一些主要應(yīng)用場(chǎng)景：

科學(xué)研究：高性能計(jì)算在物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、生物學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域的研究中扮演著重要角色。它能夠進(jìn)行復(fù)雜的模擬和計(jì)算，幫助科學(xué)家們探索宇宙起源、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、分子模擬、氣候變化等領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題。

工程設(shè)計(jì)與仿真：高性能計(jì)算在工程設(shè)計(jì)和仿真中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它能夠進(jìn)行大規(guī)模的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、流體力學(xué)模擬、電磁場(chǎng)建模等，幫助工程師優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、改進(jìn)制造工藝、提高產(chǎn)品性能和可靠性。

氣象和氣候模擬：高性能計(jì)算在氣象學(xué)和氣候研究中被廣泛應(yīng)用。它能夠進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、氣候模擬和環(huán)境預(yù)測(cè)，為氣象學(xué)家、氣候?qū)W家和政府決策者提供重要的天氣和氣候信息。

藥物研發(fā)和生物信息學(xué)：高性能計(jì)算在藥物研發(fā)和生物信息學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。它能夠進(jìn)行分子模擬、藥物篩選、基因組分析等任務(wù)，幫助加速新藥發(fā)現(xiàn)、疾病治療和個(gè)性化醫(yī)療的進(jìn)程。

金融和風(fēng)險(xiǎn)分析：高性能計(jì)算在金融行業(yè)中被廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)管理、資產(chǎn)定價(jià)、投資組合優(yōu)化等任務(wù)。它能夠進(jìn)行大規(guī)模的金融模型計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，幫助金融機(jī)構(gòu)制定風(fēng)險(xiǎn)管理策略和投資決策。

能源勘探和優(yōu)化：高性能計(jì)算在能源領(lǐng)域的勘探、開發(fā)和優(yōu)化中具有重要作用。它能夠進(jìn)行地震模擬、油氣田開發(fā)優(yōu)化、風(fēng)電場(chǎng)布局優(yōu)化等任務(wù)，幫助能源公司提高勘探效率、優(yōu)化生產(chǎn)和減少環(huán)境影響。

市場(chǎng)預(yù)測(cè)和大數(shù)據(jù)分析：高性能計(jì)算在市場(chǎng)預(yù)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析和商業(yè)智能領(lǐng)域扮演著重要角色。它能夠處理大規(guī)模數(shù)據(jù)

1.5 高性能計(jì)算常見名詞

并行計(jì)算（Parallel Computing）：將計(jì)算任務(wù)分解為多個(gè)子任務(wù)，通過(guò)同時(shí)執(zhí)行這些子任務(wù)來(lái)加速計(jì)算過(guò)程的技術(shù)。

分布式計(jì)算（Distributed Computing）：將計(jì)算任務(wù)分發(fā)到多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)或計(jì)算機(jī)集群上進(jìn)行并行計(jì)算的技術(shù)。

超級(jí)計(jì)算機(jī)（Supercomputer）：具備極高計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于解決復(fù)雜的科學(xué)、工程和商業(yè)問(wèn)題。

多核處理器（Multi-core Processor）：在一顆芯片上集成多個(gè)處理核心的處理器，可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程或任務(wù)。

加速器（Accelerator）：用于加速特定計(jì)算任務(wù)的硬件設(shè)備，如圖形處理器（GPU）和協(xié)處理器（如英特爾的Xeon Phi）。

高性能文件系統(tǒng)（High Performance File System）：具有高速數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)能力，用于處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集合的文件系統(tǒng)。

高性能網(wǎng)絡(luò)（High Performance Networking）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸和通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)，如InfiniBand、以太網(wǎng)等。

高性能編程模型（High Performance Programming Models）：用于編寫并行和并發(fā)程序的編程模型和框架，如MPI（Message Passing Interface）、OpenMP、CUDA等。

大規(guī)模并行計(jì)算（Large-scale Parallel Computing）：在數(shù)千甚至數(shù)百萬(wàn)個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行并行計(jì)算的技術(shù)，用于處理極大規(guī)模的計(jì)算任務(wù)。

數(shù)據(jù)并行（Data Parallelism）：將數(shù)據(jù)劃分為多個(gè)部分，不同處理單元對(duì)各自的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行并行計(jì)算的技術(shù)。

任務(wù)并行（Task Parallelism）：將任務(wù)劃分為多個(gè)獨(dú)立的子任務(wù)，并分配給不同的處理單元并行執(zhí)行的技術(shù)。

高性能編譯器（High Performance Compiler）：針對(duì)高性能計(jì)算需求進(jìn)行優(yōu)化的編譯器，能夠生成高效的機(jī)器代碼。

2.2 高性能計(jì)算開發(fā)是否飽和了？

高性能計(jì)算開發(fā)領(lǐng)域目前并未飽和，而是在不斷發(fā)展和演進(jìn)。雖然高性能計(jì)算已經(jīng)取得了許多重要的成就和突破，但隨著科學(xué)、工程和商業(yè)領(lǐng)域?qū)τ?jì)算能力需求的不斷增加，高性能計(jì)算的發(fā)展依然具有巨大的潛力和前景。以下是一些支持這一觀點(diǎn)的理由：

數(shù)據(jù)爆炸和復(fù)雜性增加：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，數(shù)據(jù)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷增加。高性能計(jì)算能夠處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)集合，并進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和分析，滿足對(duì)數(shù)據(jù)處理能力的需求。

新興領(lǐng)域的需求：隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等新興技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)高性能計(jì)算的需求也在增加。這些領(lǐng)域需要大量的計(jì)算能力來(lái)訓(xùn)練和推理復(fù)雜的模型，高性能計(jì)算發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。

模擬和建模的需求：在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中，模擬和建模是不可或缺的工具。隨著科學(xué)問(wèn)題和工程項(xiàng)目的復(fù)雜性增加，對(duì)高性能計(jì)算的需求也相應(yīng)增加，以支持更準(zhǔn)確、更精細(xì)的模擬和建模工作。

硬件和技術(shù)的進(jìn)步：隨著硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，包括處理器、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)等方面的創(chuàng)新，高性能計(jì)算的能力和效率也在不斷提升。新一代的超級(jí)計(jì)算機(jī)和加速器技術(shù)為高性能計(jì)算開發(fā)提供了更強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施。

實(shí)時(shí)計(jì)算和邊緣計(jì)算的需求：隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能城市和工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，對(duì)實(shí)時(shí)計(jì)算和邊緣計(jì)算的需求也在增加。高性能計(jì)算能夠支持快速、高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和決策制定，滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用的要求。

2.3 高性能計(jì)算工程師發(fā)展進(jìn)階

領(lǐng)域?qū)＜遥荷钊胙芯磕硞€(gè)特定領(lǐng)域的高性能計(jì)算應(yīng)用，成為該領(lǐng)域的專家。例如，在氣候模擬領(lǐng)域，成為高性能計(jì)算與氣候模型相結(jié)合的專家。

架構(gòu)設(shè)計(jì)師：深入了解高性能計(jì)算系統(tǒng)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)原理，并能夠設(shè)計(jì)和優(yōu)化高性能計(jì)算系統(tǒng)的硬件和軟件架構(gòu)。

性能優(yōu)化專家：專注于分析和優(yōu)化高性能計(jì)算應(yīng)用的性能，包括算法優(yōu)化、并行化、內(nèi)存管理等方面，以提高應(yīng)用程序的效率和吞吐量。

并行編程專家：熟練掌握并行編程技術(shù)和工具，能夠設(shè)計(jì)和開發(fā)高性能并行計(jì)算應(yīng)用，并針對(duì)特定的硬件平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化。

大數(shù)據(jù)分析專家：結(jié)合高性能計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠處理和分析大規(guī)模的數(shù)據(jù)集合，并從中提取有價(jià)值的信息和洞察。

高性能網(wǎng)絡(luò)專家：專注于設(shè)計(jì)和優(yōu)化高性能計(jì)算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以提供高速數(shù)據(jù)傳輸和通信能力。

創(chuàng)業(yè)家和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者：有志于創(chuàng)業(yè)或領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)高性能計(jì)算技術(shù)在特定領(lǐng)域或行業(yè)的創(chuàng)新和應(yīng)用。

2.4高性能計(jì)算的就業(yè)前景

由于近兩年深度學(xué)習(xí)的迅速崛起，超算互聯(lián)網(wǎng)的普及以及AIGC的大規(guī)模應(yīng)用，各行各業(yè)對(duì)高性能計(jì)算工程師的需求大漲，因此高性能計(jì)算工程師的工資也在逐年上漲中，并頻頻爆發(fā)搶人大戰(zhàn)。

甚至年薪百萬(wàn)依然難以招到合適的人才。

有很多大廠公司，例如京東、百度、阿里都在急需高性能計(jì)算工程師，芯片類企業(yè)如飛騰、景嘉微等更不用說(shuō)。據(jù)職友集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，高性能計(jì)算工程師工資范圍在30-200K之間，其中薪資在薪資在30-50K的范圍內(nèi)占比51.2%，薪資在50-100K之間的范圍內(nèi)占比23%。

以下是一些國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算相關(guān)崗位的公司和薪資待遇：

阿里巴巴：20-70k 元/月；騰訊：20-80k 元/月；華為：20-100k元/月；百度：15-50k元/月；中科院計(jì)算所：50-120k元/月；普元信息：12-25k 元/月；聯(lián)想集團(tuán)：15-50k 元/月；中國(guó)科學(xué)院：45-100k 元/月；

按照工作年限進(jìn)行劃分

按照1年以下、1-3年、3-5年、5年以上、平均等維度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、對(duì)比：

工作年限在1年以下，月薪在20K左右；

工作年限在1-3年左右，月薪在25K左右；

工作年限在3-5年左右，月薪在35K左右；

工作年限在5年以上，月薪在50K左右；

平均月薪在30K左右。

?按照學(xué)歷進(jìn)行劃分

從學(xué)歷來(lái)看，本科學(xué)歷，高性能計(jì)算工程師月薪在24K左右；本科及以上學(xué)歷，月薪在35-50K左右。

? 按照地域進(jìn)行劃分

? 對(duì)北京、上海、廣州、深圳、杭州五個(gè)大型城市的平均薪資進(jìn)行了對(duì)比：

該數(shù)據(jù)來(lái)源于獵豹網(wǎng)站

? 其中北京地區(qū)平均工資在39k左右；

上海地區(qū)平均工資在32k左右；

廣州地區(qū)平均工資在20k左右；

深圳地區(qū)平均工資在31k左右；

杭州地區(qū)平均工資在20k左右。

高性能計(jì)算工程師崗位要求

精通高性能計(jì)算工程師相關(guān)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，熟悉使用MPI、Openmp、CUDA等并行編程技術(shù)；并且具有良好的設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。