超級(jí)電腦的競(jìng)賽速度一再加快，但在朝百萬(wàn)兆級(jí)(Exascale)發(fā)展的道路上,，卻遭遇到功效,、成本及資料安全性等重大挑戰(zhàn),。
本月初，包括超微(AMD),Appro,Cray,PenguinComputing和Supermicro等公司,，針對(duì)高性能運(yùn)算(HPC)進(jìn)行了討論,，而GartnerResearch副總裁暨分析師CarlClaunch將超級(jí)運(yùn)算領(lǐng)域稱之為一個(gè)“不斷移動(dòng)的目標(biāo)”。
政府,、企業(yè)和學(xué)術(shù)單位的資料都顯示系統(tǒng)對(duì)速度的需求不斷提高,，Claunch說(shuō)，這些系統(tǒng)必須應(yīng)對(duì)日益增加的多種問(wèn)題,，從氣候變遷到防御核武,，甚至還包含了朝生物醫(yī)學(xué)方面的發(fā)展挑戰(zhàn)。
Exascale級(jí)運(yùn)算,，即每秒可進(jìn)行10的18次方(quintillion)運(yùn)算,，已不再是科幻小說(shuō)了，業(yè)界希望能在2018年實(shí)現(xiàn),，Claunch說(shuō),。
事實(shí)上，超級(jí)電腦和高性能運(yùn)算受業(yè)界重視程度日增,，且其應(yīng)用跨越眾多產(chǎn)業(yè),，從核子物理到氣候建模，甚至金融業(yè)都包含在內(nèi)，而目前大家對(duì)超級(jí)電腦的一致問(wèn)題,，都集中在效率,、密度和成本上。
“大部份的超級(jí)電腦采購(gòu)者都受限于預(yù)算,，”Claunch指出,，盡管已經(jīng)在運(yùn)算建模方面居得了很大進(jìn)展，且HPC的設(shè)計(jì)彈性也不斷增加,，但業(yè)界對(duì)更小,、售價(jià)更低的系統(tǒng)需求依然強(qiáng)勁。
摩爾定律大幅改善了電晶體密度,，但還有很多工作要做,，與會(huì)的專家們指出,，特別是在每瓦功率方面,，如何將更多的電源轉(zhuǎn)換為FLOPS運(yùn)算速度是關(guān)鍵。
超級(jí)電腦的電源預(yù)算不斷上升,，而為了求取更高的效率,，最終超級(jí)電腦的開(kāi)發(fā)成本也不斷提高。
例如,，美國(guó)政府已增加了太空計(jì)劃的投資金額,，據(jù)報(bào)導(dǎo)僅2012年便將挹注1.26億美元在Exascale級(jí)運(yùn)算的開(kāi)發(fā)上，以提升其在超級(jí)電腦霸主地位方面的競(jìng)爭(zhēng)力,。特別是中國(guó)和日本最近在太空領(lǐng)域也展現(xiàn)出積極態(tài)度,。
Cray的HPC系統(tǒng)資深副總裁MargaretWilliams指出，“超級(jí)電腦是維持美國(guó)領(lǐng)先地位的關(guān)鍵之一,。”她表示,，Cray經(jīng)常與美國(guó)政府官員接觸，并游說(shuō)美國(guó)能源部門(mén)投注更多資源在超級(jí)運(yùn)算領(lǐng)域,。“該領(lǐng)域確實(shí)需要大量的投資,，”她強(qiáng)調(diào)。
盡管有些人認(rèn)為美國(guó)并不需要做這些龐大的投資,，但也有一些人表示,，在HPC領(lǐng)域的投資最終將有利于整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，Supermicro公司行銷(xiāo)暨業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)副總裁DonClegg認(rèn)為,，爭(zhēng)論終將平息,。“今天的尖端技術(shù)就是明天的主流系統(tǒng)，”他說(shuō),。
電力,、地板空間限制
然而，盡管許多資金挹注在HPC領(lǐng)域,，但仍有許多具潛力的超級(jí)電腦客戶,，仍然受限于電力甚至是地面放置空間,，Claunch說(shuō)。他補(bǔ)充道,，發(fā)展HPC將可提高效率,，從而獲得巨大利益。
Supermicro的Clegg說(shuō),，“”我們非常重視電源效率挑戰(zhàn),。他進(jìn)一步指出，“大家都更加關(guān)注電源,，”Supermicro的目標(biāo)是獲得約94%的效率,。“電源和冷卻是最大的問(wèn)題，”Clegg再度指出,，冷卻成本幾乎是和性能的提升呈指數(shù)級(jí)成長(zhǎng),，因此要達(dá)到有利的成本效益比更加困難了。
“目前我們?nèi)狈ψ銐虻牧畠r(jià)電力讓我們發(fā)展Eexascale級(jí)運(yùn)算,，除非我們做出一些重大的架構(gòu)變化,，”他說(shuō)。
Appro公司的AnthonyKenisky同意,，“電力是Exascale級(jí)運(yùn)算面臨的主要挑戰(zhàn),。”
AMD院士暨技術(shù)長(zhǎng)ChuckMoore說(shuō)，希望實(shí)現(xiàn)Exascale級(jí)運(yùn)算的人,，可能要考慮到每Megawatt高達(dá)百萬(wàn)美元的花費(fèi),。他補(bǔ)充說(shuō)：Bulldozer或Interlagos處理器性能仍然不足，無(wú)法讓我們達(dá)到Exascale級(jí)的運(yùn)算目標(biāo),。
Moore預(yù)測(cè),，或許至少要到2019或2020年，AMD的晶片才能提供足以讓客戶達(dá)到Exascale級(jí)運(yùn)算的可編程水準(zhǔn),，他并指出,，GPU將成為其中的一大關(guān)鍵因素。
事實(shí)上,，業(yè)界人士大多同意在超級(jí)電腦內(nèi)使用GPU會(huì)是推動(dòng)該領(lǐng)域前進(jìn)的關(guān)鍵之一,。
“在抒解瓶頸方面，GPU是異質(zhì)運(yùn)算相當(dāng)重要的一部分,，”Clegg指出,，繪圖處理器正成為建構(gòu)異質(zhì)運(yùn)算的一項(xiàng)要素。盡管GPU近期一直是熱門(mén)討論議題,，但Clegg仍抱持謹(jǐn)慎態(tài)度,。“未來(lái)該領(lǐng)域是否100%都會(huì)是異質(zhì)運(yùn)算且基于GPU的？我不這么想，因?yàn)橛幸恍?yīng)用會(huì)適合,，但也有一些不會(huì),，”他說(shuō)。
“此刻,，GPU在HPC領(lǐng)域是相當(dāng)流行的詞匯,，”PenguinComputing公司CEOCharlesWuischpard說(shuō)。該公司以‘依照需求的模型’來(lái)執(zhí)行超級(jí)運(yùn)算,。“對(duì)我們的大型系統(tǒng)而言,，我們所做的每件工作事實(shí)上都涉及到GPU，但大多數(shù)并不是對(duì)大量市場(chǎng),。”
GPU在超級(jí)電腦領(lǐng)域站穩(wěn)腳步
“GPU逐漸在超級(jí)電腦領(lǐng)域站穩(wěn)腳步,，”Cray的Williams同意，并表示她的公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些全球最快的超級(jí)電腦系統(tǒng),，并看到了GPU在該領(lǐng)域的重要性日益提升,。今年五月，Cray發(fā)表XK6混合超級(jí)電腦,，整合了AMD的多核心純量處理器,，及Nvidia的多核心GPGPU處理器器,，達(dá)到了50petaflops的峰值性能,，Williams并表示，該公司目前正在改良其Jaguar系統(tǒng),，預(yù)計(jì)將添加GPU,。
Williams說(shuō)，問(wèn)題在于這個(gè)產(chǎn)業(yè)是否能讓?xiě)?yīng)用程式更輕易地存取GPU,，而且更具功效,。
Appro的Kenisky同意，“應(yīng)用程式將是驅(qū)動(dòng)GPU在此領(lǐng)域應(yīng)用普及的要素,，”他并指出,，雖然已經(jīng)看到對(duì)GPU技術(shù)越來(lái)越廣泛的關(guān)注和需求，但該公司仍未看到GPU具有足夠的影響力,。
“GPU運(yùn)算仍處于起步階段,，”Moore說(shuō)。他表示AMD目前投注在GPU的發(fā)展工作將使其繪圖處理器更像是向量電腦,，這將更容易進(jìn)行編程,。“最好的東西還沒(méi)到呢，他表示,，該公司正試圖讓CPU和GPU之間的無(wú)縫切換更加簡(jiǎn)便,。
另外，這次會(huì)議也討論到了ARM架構(gòu)。
“ARM只是缺乏x86的生態(tài)系統(tǒng),，”Williams說(shuō),，而Cray并不指望ARM架構(gòu)能在超級(jí)電腦領(lǐng)域快速起飛。
Kenisky則樂(lè)觀多了,，他表示Appro公司認(rèn)為ARM可作為“補(bǔ)充解決方案”,，特別是在超級(jí)電腦領(lǐng)域中以外的嵌入式管理部份。
“ARM在高度競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)業(yè)維持了良好的競(jìng)爭(zhēng)力,，”Moore表示,，AMD認(rèn)為ARM推動(dòng)了創(chuàng)新，但他懷疑ARM的平臺(tái)是否能在HPC領(lǐng)域扮演重要角色,。
“在微控制器使用ARM核心是理所當(dāng)然的,，”Moore說(shuō)，他承認(rèn)ARM的平臺(tái)表現(xiàn)良,，但很快便會(huì)面臨安達(dá)爾定律(Amdahl'sLaw)的局限性,。
安達(dá)爾的論點(diǎn)經(jīng)常被用來(lái)形容當(dāng)希望最大幅度地改善整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)卻僅有部分獲得改善,。
“x86將維持其作為超級(jí)電腦核心的地位,，”Moore肯定道。
Clegg表示,，對(duì)云端或HPC來(lái)說(shuō),，現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)放諸四海皆準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。
討論到在HPC和云端運(yùn)算之間工作量差異時(shí),，與會(huì)人員同意,，二者之間雖然有一些共通性，但在不同應(yīng)用間應(yīng)該采用何種模式仍然未有定論,。
