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大規模科學與工程計算已經成為當前科學研究不可或缺的重要手段，極大地推動了科技的發展和人類的進步。當前超級電腦已經進入千萬億次（Peta-scale）浮點計算能力的時代，但諸如高能核子物理、材料化學、生命科學等一系列挑戰性計算應用表現出對百億億次級（Exascale）計算能力的超高需求。由於GPU、MIC（又稱XeonPhicoprocessor）等加速器的性能功耗比優勢，基於加速器搭建異構超級電腦已經成為高性能計算領域從E級到P級發展的重要趨勢，領域應用軟體是發揮E級計算系統能力的保障。然而，異構體系結構在緩解通信牆、可靠性牆和能耗牆的同時，加劇了程式設計牆。因此，如何快速地開發大規模並行應用程式，高效率地發揮當前高性能異構系統的性能，已經成為當前異構平行計算研究面臨的一個挑戰性問題。作者面向真實的應用領域，選取了具有一定代表性的真實大規模科學與工程計算應用，以千萬億次的天河系列異構超級電腦（天河-1A、天河-2）為研究平臺，圍繞真實應用軟體程式開發，研究基於GPU/MIC加速的異構系統的大規模平行計算關鍵技術，提出了有效的解決方案。
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