超級(jí)電腦的競(jìng)賽速度一再加快，但在朝百萬兆級(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，這些系統(tǒng)必須應(yīng)對(duì)日益增加的多種問題，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，已不再是科幻小說了，業(yè)界希望能在2018年實(shí)現(xiàn)，Claunch說。
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，并游說美國(guó)能源部門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公司行銷暨業(yè)務(wù)開發(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。
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。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，“”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。
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，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)百萬美元的花費(fèi)。他補(bǔ)充說：Bulldozer或Interlagos處理器性能仍然不足，無法讓我們達(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近期一直是熱門討論議題，但Clegg仍抱持謹(jǐn)慎態(tài)度。“未來該領(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。
“此刻，GPU在HPC領(lǐng)域是相當(dāng)流行的詞匯，”PenguinComputing公司CEOCharlesWuischpard說。該公司以‘依照需求的模型’來執(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，問題在于這個(gè)產(chǎn)業(yè)是否能讓應(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。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。“最好的東西還沒到呢，他表示，該公司正試圖讓CPU和GPU之間的無縫切換更加簡(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，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，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來說，現(xiàn)在還沒有一個(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。
