专利名称：可移动的超级计算机系统及其实现方法
技术领域：
本发明属于计算机和通信技术领域，涉及ー种超级计算系统设备及构筑方法，特别是涉及一种可移动的超级计算机系统及其实现方法。
背景技术：
超级计算机通常是指由成百上千甚至更多的处理器(机)组成的、能计算普通PC机和服务器不能完成的大型复杂课题的计算机。超级计算机的每ー个节点都是ー个高性能的处理器，他们由高速网络连接，在安装了操作系统(一般都是Linux)和编程运行环境后，就可以向用户提供高性能计算。超级计算机通常应用于需要大量计算的领域，如天气预测、天体物理模拟、密码分析、分子模型等。作为高科技发展的要素，超级计算机早已成为世界各国经济和国防方面的竞争利器。经过我国科技工作者几十年不懈地努力，我国的高性能计算机研制水平显著提高，成为继美国、日本之后的第三大高性能计算机研制生产国。超级计算机被称为“经济转型和科学研究加速器”，超级计算机的广泛应用能够带动国家整体科技创新能力的增强。但是目前中国超级计算机普遍面临硬件性能強大应用领域匮乏的问题，科研机构、高校和企业用户目前存在超级计算机应用成本过高、软件开发滞后、设备利用率低等问题。面对中国超级计算机的应用不足问题，ー些国内服务器主导厂商开始努力转变，在2009年浪潮发布“倚天”桌面超级计算机，借助CPU-GPU协同计算加速架构，单机计算能力最高可达每秒4万亿次，真正实现了将超级计算机从庞大的机房和计算中心转移到了用户的桌面。但传统的高性能计算仍依赖于超级计算机。而传统超级计算机，耗电猛，对机房环境要求高，架设周期长，投资的成本也很高。由此带来的问题是，使用超级计算机进行高性能计算的费用高，这非常不适于超级计算机的使用和推广。同时，超级计算机体积大，位置固定，所提供的服务依赖于互联网或本地，在用户无法通过互联网使用远端超级计算机所提供的服务时，超级计算机的使用产生了局限性。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可移动的超级计算机系统及其实现方法，用于实现一个移动的、灵活的新型超级计算机系统及其计算方法。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种可移动的超级计算机系统及其实现方法。一种可移动的超级计算机系统，所述可移动的超级计算机系统包括至少ー个能够兼容不同类型操作系统的用于计算的移动终端，所述移动终端还安装有一能够兼容不同类型操作系统的MPI库；一个便携式路由器，所述便携式路由器连接所有移动终端；每个移动终端仅连接一个便携式路由器，与所述便携式路由器通信相连的作为移动主机的移动终 端用以管理并监控所有其他移动终端。优选地,所述不同类型操作系统包括安卓操作系统、Windows Phone操作系统和iPhoneOS操作系统。优选地，所述移动终端为智能手机、笔记本、POS机、平板电脑或/和车载电脑。优选地，所述便携式路由器通过USB、蓝牙、WiFi或/和无线网卡与所述移动终端通信相连。优选地，所述便携式路由器还包括相连的太阳能电池板和充电电池。一种可移动的超级计算机系统的计算方法，所述可移动的超级计算机系统包括至少一个移动终端、一个便携式路由器和一个作为移动主机的移动终端；所述计算方法包括以下步骤
每个移动终端均通过安装有能够兼容不同类型操作系统的MPI库来实现复杂的计算;每个移动终端均通过与自身相连的便携式路由器与其他终端通信；所述移动主机通过便携式路由器查看进而实现对所有移动终端进行管理监控和任务分配，并接收各个移动终端的任务执行结果。优选地，所述移动主机通过分析所述可移动的超级计算机系统中移动终端的数量以及各移动终端的运算能力和工作状态自动合理地平衡分配给各移动终端的任务。优选地，所述便携式路由器连接所有移动终端；每个移动终端都连接到同一个便携式路由器。优选地,所述不同类型操作系统包括安卓操作系统、Windows Phone操作系统和iPhoneOS操作系统。优选地，所述便携式路由器通过USB、蓝牙、WiFi或/和无线网卡与所述移动终端通信；所述移动终端为智能手机、笔记本、POS机、平板电脑或/和车载电脑。如上所述，本发明所述的可移动的超级计算机系统及其实现方法，具有以下有益效果I)投资小使用现有的移动终端设备和一个低成本的小型路由器就可组建超级计算机；2)耗电少相比于传统的超级计算机，本发明使用手机电源，耗电明显减少；3)使用灵活，携带方便本发明的主体设备——移动终端重量轻、体积小，易于携带;4)扩展性强配合小型移动终端终端路由器和系统管理软件，本发明可加入更多的移动终端使之组建能力更强的超级计算机；5)组建周期短，环境要求低。
图I显示为本发明所述的可移动的超级计算机系统的结构示意图。图2显示为本发明所述的可移动的超级计算机的计算方法的流程示意图。元件标号说明I移动终端；2便携式路由器；3移动主机。
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。 实施例一本实施例提供一种可移动的超级计算机系统，如图I所示，所述可移动的超级计算机系统包括至少一个移动终端I、一个便携式路由器2和一个移动主机3。所述移动终端I安装有能够兼容不同类型操作系统且用于计算的MPI库；所述便携式路由器2连接所有移动终端I ;每个移动终端I都连接到便携式路由器2 ;所述移动主机3与便携式路由器2通信相连，用以管理并监控所有移动终端I。下面分别对各部分进行详细描述。移动终端I所述移动终端I可采用智能手机、笔记本、POS机、平板电脑或/和车载电脑。即移动终端I可以是任何能实现本发明所述的具有移动和复杂计算功能的设备。移动终端是指可以在移动中使用的计算机设备，广义的讲包括手机、笔记本、POS机甚至包括车载电脑，但是在本发明中主要是指智能手机和平板电脑。众所周知，智能手机(Smart Phone)是指安装了开放式操作系统，可以完成复杂的处理任务，用户可以自行安装第三方提供的应用软件、游戏等程序，以此来增加手机的功能，并且连入移动通信网络具有传统手机功能的手机。平板电脑和智能手机相似，只是不具有电话通信的功能，并且由于容量更大，在性能上相对于智能手机来说更加强大。近些年来，智能手机和平板电脑飞速发展，得益于移动终端相关硬件，如移动终端CPU，内存，硬盘等的飞速发展，各大生产厂家陆续推出了性能更强的智能手机和平板电脑。生产移动终端CPU的著名厂家有德州仪器(Texas Instruments)、英特尔(Intel)、高通(Qualcomm)、华为(HUAWEI)、英伟达(nVidia)、三星(Samsung)等。随着生产技术的提高，现在移动终端CPU的主频已经能够达到I. OGHZ以上级别，如高通公司的Snapdragon S4处理器达到了 I. IQWl,英伟达公司的TEGRA 3也达到了 I. 5GHZ，三星的Exynos 5Dual更是达到了 2. 0GHZ。在使用的生产工艺上，英伟达公司的TEGRA 3达到了 40nm,三星的Exynos 5Dual是32nm,而高通公司的Snapdragon S4处理器更是达到了惊人的28nm级别。在核数方面，上述三款移动终端CPU都是4核CPU，可以说已经和个人PC使用的CPU不相上下。虽然移动终端CPU与当今服务器使用的CPU性能仍旧有较大的差距，但是以现如今移动终端CPU的发展速度，移动终端CPU的性能达到高性能计算的要求是指日可待的事情。同时，手机操作系统的飞速发展，也令智能移动终端如虎添翼。早期的手机操作系统，仅仅能满足简单的手机操作需求，如电话、时钟、电话簿等。它性能低，可扩展性差，无法多任务处理，无法解决复杂问题，更无法通过安装第三方软件加强功能性。随着安卓(Android),苹果操作系统(iPhone OS),及Windows Phone等智能手机操作系统日趋成熟，使得智能手机、平板电脑等移动终端越来越像ー个小型个人电脑。它们能够像个人PC上的操作系统ー样安装各类第三方应用程序，如浏览器、游戏、办公软件、影音软件、聊天工具等，使得移动终端的可扩展性大大增強。这些程序结合使用移动终端日益增强的移动终端硬件和移动终端丰富的通信手段，提供了非常个性化的服务体验，极大丰富了移动终端的功能。因此，可以说，智能操作系统的出现，使得移动终端也拥有了类似个人电脑一祥的能力。组配超级计算机所需要的软件环境，在现今智能操作系统的支持下，已经不再是瓶颈。另外，如今的智能手机、掌上电脑有非常多祥的高速通信的能力，如蓝牙3. O、USB2.0、WiFi 802. llb/g等。高速通信是高性能计算的基础，而现如今移动终端的通信能力已经满足了基于移动终端的超级计算机的初歩要求。而丰富的通信手段也使得组建基于 移动终端的超级计算机的方式更为灵活。综上所述，智能操作系统提供了高性能计算所需的软件环境，配合迅猛发展的移动终端硬件和丰富的通信手段，使得本发明所述的可移动的超级计算机系统的实现成为可倉^:。所述移动終端安装有能够兼容不同类型操作系统且用于计算的MPI库；其中所述不同类型操作系统包括安卓操作系统、Windows Phone操作系统和iPhone OS操作系统。现有的MPI实现有MPICH、Open MPI、Intel MPI等。这些现有的MPI实现中都支持Linux和Windows操作系统。而由于当今主流的移动终端操作系统都是有Linux和Windows发展而来，所以现今的MPI实现都是有办法装在安卓和Windows Phone上的。例如，如今已经有人直接将Linux操作系统装在安卓系统上，那么MPI自然也可以安装上；例如，最新发布的WindowsPhone 8. 0将于Windows 8.0共用同一个内核,这就意味着在Windows 8. 0上的应用都可以安装在Windows Phone 8.0上，MPI自然也可以。当然，不排除今后MPI实现有直接针对移动终端操作系统的版本，这个是能够并且很有可能实现的。只有每一台移动终端都安装了移动终端版的MPI库以后，由移动终端组成的超级计算机才有运行并行计算程序的能力。便携式路由器2所述便携式路由器2通过USB、蓝牙、WiFi或/和无线网卡与所述移动終端通信相连。所述便携式路由器还包括相连的太阳能电池板和充电电池。所述便携式路由器2又可称为移动终端路由器。本发明所述的移动终端路由器和传统的路由器不同。该移动终端路由器不使用传统路由的网线接ロ，而是使用USB2.0的接ロ。由于现在智能移动终端都能通过数据线和电脑设备上的USB2.0接ロ连接，进行数据传输，因此在移动终端路由器上使用USB2. 0而不是网线接ロ，可以仅凭借移动终端配发的数据线就能实现高速联通路由器，节省了不必要的设备。同吋，该移动终端路由器也提供无线的功能，以此提升扩展性。移动终端可通过WiFi，直接连接移动终端路由，实现迅速联网。另外，该移动终端路由器通过自身的电池工作，配合太阳能电池板等新能源补充电力。在保障自己的电カ供应的同时，它还能给用数据线连接的移动终端充电，提升电力不足的移动终端的续航时间。
移动主机3所述移动主机3用于管理、监控集群(即可移动的超级计算机系统)中的移动终端，同时负责执行任务的管理。该移动主机也是一台移动终端，这台移动终端也被称为主机(Master)，整个系统都由这一台主机来进行管理。所述移动主机首先能够自动配置网络环境，也能手动操作，例如添加、删除终端节点；修改、查看终端节点IP地址。其次,该移动主机能够监控网络中各个节点(即移动终端)的工作状态，如“正常”、“待机”、“运行中”、和“故障”等，并且能够对故障的节点做丢弃处理，将运行在故障节点的程序转移到其他正常节点上继续运行，保证执行程序的正确性。最后，移动主机能通过分析网络节点的数量、各个节点的运算能力和各个节点的工作状态，自动的、合理的、平衡的分配任务，并且负责将各个节点运算的数据结果回收，然后将最终结果显示在主机屏幕上。 本发明利用已有的移动终端替代传统超级计算机中的每个节点，利用移动终端自带的通信方式配合小型移动终端路由器(即便携式路由器)替代传统的高速网络，再利用移动终端版的编程运行环境，组建了一个移动的，灵活的新型超级计算机装置。本发明所述的可移动的超级计算机系统具有组建简单、组建周期短、环境要求低、成本低、携带方便的优点，极大的方便了在特殊条件下需求使用高性能计算的工作人员。即本发明非常适合于自然条件恶劣的野外环境，如高山、森林和海洋等。同时也能在一些紧急事态条件下，如战场环境、医疗救护环境等发挥重要作用。在上述这些情况的共同特征是，自然环境恶劣，无法携带大型设备，所需计算量较小。极端条件下通信信号通常比较弱，无法通过远程访问方式使用远端的超级计算机，但是又急切需要超级计算机的高性能计算的支持。本发明能很好的解决在自然环境恶劣，需求紧急情况下的对大数据量处理的需求。本发明在现有移动终端的基础上，配合一个小型的便携式移动终端路由器和MPI库就可实现一个小型的超级计算机。它的优点是投资小使用现有的移动终端设备和一个低成本的小型路由器就可组建超级计算机；耗电少相比于传统的超级计算机，本发明使用手机电源，耗电明显减少；使用灵活，携带方便本发明的主体设备——移动终端重量轻、体积小，易于携带;扩展性强配合小型移动终端终端路由器和系统管理软件，本发明可加入更多的移动终端使之组建能力更强的超级计算机；组建周期短，环境要求低。实施例二一种可移动的超级计算机系统的计算方法，如图2所示，所述计算方法包括以下步骤每个移动终端均通过安装有能够兼容不同类型操作系统的MPI库来实现复杂的计算；所述不同类型操作系统包括安卓操作系统、Windows Phone操作系统和iPhone OS操作系统。每个移动终端均通过与自身相连的便携式路由器与所述移动主机通信；所述便携式路由器通过USB、蓝牙、WiFi或/和无线网卡与所述移动终端通信。所述移动主机通过对便携式路由器查看进而实现对所有移动终端进行管理监控和任务分配；同时所述移动主机通过分析所述可移动的超级计算机系统中移动终端的数量以及各移动终端的运算能力和工作状态自动合理地平衡分配给各移动终端的任务；并接收显示各个移动终端的任务执行结果。本实施例所述的计算方法是可移动的超级计算机系统能够实现的一种计算方法，但不是可移动的超级计算机系统能够实现的全部计算方法。本发明利用已有的移动终端替代传统超级计算机中的每个节点，利用移动终端自带的通信方式配合小型移动终端路由器(即便携式路由器)替代传统的高速网络，再利用移动终端版的编程运行环境，组建了一个移动的，灵活的新型超级计算机装置，该装置及其计算方法能很好的解决在自然环境恶劣，需求紧急情况下的对大数据量处理的需求。综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种可移动的超级计算机系统，其特征在于，所述可移动的超级计算机系统包括 至少一个能够兼容不同类型操作系统的用于计算的移动终端，所述移动终端还安装有一能够兼容不同类型操作系统的MPI库； 一个便携式路由器，所述便携式路由器连接所有移动终端；每个移动终端仅连接一个便携式路由器； 与所述便携式路由器通信相连的作为移动主机的移动终端用以管理并监控所有其他移动终端。
2.根据权利要求I所述的可移动的超级计算机系统，其特征在于所述不同类型操作系统包括安卓操作系统、Windows Phone操作系统和iPhone OS操作系统。
3.根据权利要求I所述的可移动的超级计算机系统，其特征在于所述移动终端为智能手机、笔记本、POS机、平板电脑或/和车载电脑。
4.根据权利要求I所述的可移动的超级计算机系统，其特征在于所述便携式路由器通过USB、蓝牙、WiFi或/和无线网卡与所述移动终端通信相连。
5.根据权利要求4所述的可移动的超级计算机系统，其特征在于所述便携式路由器还包括相连的太阳能电池板和充电电池。
6.一种可移动的超级计算机系统的计算方法，其特征在于所述可移动的超级计算机系统包括至少一个移动终端、一个便携式路由器和一个作为移动主机的移动终端；所述计算方法包括以下步骤 每个移动终端均通过安装有能够兼容不同类型操作系统的MPI库来实现复杂的计算； 每个移动终端均通过与自身相连的便携式路由器实现相互通信； 所述作为移动主机的移动终端通过查看其他移动终端实现对所有移动终端进行管理监控和任务分配。
7.根据权利要求6所述的可移动的超级计算机系统的计算方法，其特征在于所述移动主机 通过分析所述可移动的超级计算机系统中移动终端的数量以及各移动终端的运算能力和工作状态自动合理地平衡分配给各移动终端的任务，并接收各个移动终端的任务执行结果。
8.根据权利要求6所述的可移动的超级计算机系统的计算方法，其特征在于所述便携式路由器连接多个移动终端；每个移动终端仅连接一个便携式路由器。
9.根据权利要求6所述的可移动的超级计算机系统的计算方法，其特征在于所述不同类型 操作系统包括安卓操作系统、Windows Phone操作系统和iPhone OS操作系统。
10.根据权利要求6所述的可移动的超级计算机系统的计算方法，其特征在于所述便携 式路由器通过USB、蓝牙、WiFi或/和无线网卡与所述移动终端通信；所述移动终端为智能手机、笔记本、POS机、平板电脑或/和车载电脑。
全文摘要
本发明提供一种可移动的超级计算机系统及其实现方法，该系统包括至少一个能够兼容不同类型操作系统的用于计算的移动终端，所述移动终端还安装有一能够兼容不同类型操作系统的MPI库；一个便携式路由器，每个移动终端通过有线或者无线连接到一个便携式路由器；与所述便携式路由器通信相连的作为移动主机的移动终端用以管理并监控所有移动终端。本发明所述的可移动的超级计算机系统及其实现方法投资小、耗电少、使用灵活、携带方便、扩展性强、组建周期短、环境要求低；本发明非常适合于自然条件恶劣的野外环境，如高山、森林和海洋等，同时也能在一些紧急事态条件下，如战场环境、医疗救护环境等发挥重要作用。
文档编号G06F9/50GK102780784SQ20121028543
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者吴佳明, 宋应文 申请人:上海中科高等研究院