HPC邁出科學(xué)探索殿堂

卜娜

在追求更高性能的同時，高性能計算（HPC）領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，也推動了計算成本的大幅下降。和20年前相比，每FLOPS的計算成本已降至原來的1/15000，甚至更低。HPC所能提供的計算力，不再是科學(xué)家才用得起的東西，它正逐步走向民間，用其獨特的力量推動各行各業(yè)的變革。

3D打印、云服務(wù)、商業(yè)模式變革

將驅(qū)動HPC創(chuàng)新

今年在德國萊比錫召開的2014ISC國際超算大會（ISC14）上，排在TOP500榜單首位的天河二號的浮點運算能力為33.9千萬億次，其計算能力是7年前排在TOP500榜單首位的頂級計算機的3萬多倍。

TOP500榜單上性能最強的計算機，每經(jīng)過6～8年時間，就會跌出榜單；每經(jīng)過9～10年時間，就會與當(dāng)時單路CPU系統(tǒng)的性能不相上下?，F(xiàn)在，即便是一臺普通具有雙路高性能CPU的工作站，或是一臺配置了英特爾至強融核的桌面電腦，都能與15年前最頂級的計算機的性能相匹敵。計算性能的這一發(fā)展趨勢，被稱為瀑布效應(yīng)。而這種效應(yīng)，在改變HPC性能的同時，也在大幅降低其成本。

近年來，HPC的應(yīng)用范圍已突破了國家級科研領(lǐng)域或高ROI的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，從宇宙空間的探索到地理科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究等，HPC已被廣泛應(yīng)用于航空航天，石油、天然氣勘探，抗癌藥物研制，基因組測序等眾多行業(yè)的創(chuàng)新中。而根據(jù)英特爾對HPC領(lǐng)域未來發(fā)展的預(yù)測，3D打印、云計算等領(lǐng)域的發(fā)展，未來都會成為HPC技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動力，整個HPC行業(yè)也將越來越與人們的生活息息相關(guān)，而不是僅滿足科學(xué)探索的需要。英特爾中國區(qū)平臺產(chǎn)品事業(yè)部產(chǎn)品市場經(jīng)理湯煒偉指出，特別是3D打印領(lǐng)域的發(fā)展，三維設(shè)計、仿真、材料應(yīng)用和材料科學(xué)的發(fā)展，都會成為驅(qū)動HPC創(chuàng)新的重要力量。高性能計算云服務(wù)的出現(xiàn)，也在促進HPC技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種創(chuàng)新領(lǐng)域。

復(fù)雜性成為新挑戰(zhàn)

英特爾今年在TOP500榜單上的戰(zhàn)果再次擴大，上榜系統(tǒng)中有427套采用了英特爾的平臺，114套新晉系統(tǒng)中97%都采用了英特爾平臺。共有19套上榜系統(tǒng)是Xeon Phi加Xeon的微異構(gòu)系統(tǒng)，但這19套系統(tǒng)卻占據(jù)了TOP500榜單上所有系統(tǒng)計算力總和的18%。

在今年的TOP500榜單中，Xeon Phi加Xeon的微異構(gòu)系統(tǒng)的突出表現(xiàn)，既證明了MIC架構(gòu)在HPC領(lǐng)域的能量，也透露出了一個新變化——完全依靠計算性能的線性增長，并不一定能讓今天的HPC系統(tǒng)獲得預(yù)期的性能。湯煒偉告訴記者：“系統(tǒng)從以前的幾百個節(jié)點變成了現(xiàn)在的幾萬個，甚至十萬個節(jié)點時，整個系統(tǒng)將面臨巨大的復(fù)雜性挑戰(zhàn)，由這種復(fù)雜性帶來的很多的高可用性、穩(wěn)定性的問題，就會成為威脅系統(tǒng)性能的不確定性因素”。改變這一問題的最好方法是讓處理器的性能適應(yīng)應(yīng)用的變化，途徑則是從內(nèi)存、存儲、能效、高速互連等多個維度改變計算能力，而不再像過去那樣僅關(guān)注計算性能的提升。

英特爾的下一代Xeon Phi代號為Knights Landing，將會于今年下半年正式推出。Knights Landing已經(jīng)出現(xiàn)了一個革命性的變化，它不光具備可安裝在PCIe插槽上的處理器，還會出現(xiàn)可直接安裝在主板上的處理器。這并不是產(chǎn)品形態(tài)上的簡單變化，而是專門為高性能計算優(yōu)化的微架構(gòu)，采用低功耗的IA內(nèi)核，和過去相比每個線程可以獲得3倍的性能提升，同時還能與Haswell處理器的代碼實現(xiàn)二進制兼容。此外，英特爾還和鎂光共同開發(fā)了片上內(nèi)存，16GB的片上內(nèi)存讓Knights Landing具備了極高的帶寬。過去，通過PCIe進行協(xié)議轉(zhuǎn)換會造成一定的延時，片上內(nèi)存則可以解決這一問題。這也讓英特爾Knights Landing實現(xiàn)了5倍于下一代DDR4的帶寬。湯煒偉表示，下一代高速互連技術(shù)也會被集成到Knights Landing的眾核架構(gòu)產(chǎn)品中。