日前，2008年全國(guó)高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會(huì)在無錫舉行。從本次年會(huì)上我們能了解到高性能計(jì)算技術(shù)的哪些流行和發(fā)展趨勢(shì)？在高性能計(jì)算中又面臨哪些障礙和挑戰(zhàn)呢？本報(bào)記者對(duì)此進(jìn)行了深度報(bào)道。多核異構(gòu)大勢(shì)所趨編程模式是關(guān)鍵多核和多核異構(gòu)系統(tǒng)越來越受到超大規(guī)模計(jì)算機(jī)的青睞，如前不久發(fā)布的全球高性能計(jì)算TOP500排名第一的IBM的Roadrunner就是把自己的Cell和AMD的皓龍?zhí)幚砥骰旌显诹艘黄�；在芯片層面，包括英特爾、AMD和nVIDIA等都在
日前，2008年全國(guó)高性能計(jì)算學(xué)術(shù)年會(huì)在無錫舉行。從本次年會(huì)上我們能了解到高性能計(jì)算技術(shù)的哪些流行和發(fā)展趨勢(shì)？在高性能計(jì)算中又面臨哪些障礙和挑戰(zhàn)呢？本報(bào)記者對(duì)此進(jìn)行了深度報(bào)道。
多核異構(gòu)大勢(shì)所趨編程模式是關(guān)鍵
多核和多核異構(gòu)系統(tǒng)越來越受到超大規(guī)模計(jì)算機(jī)的青睞，如前不久發(fā)布的全球高性能計(jì)算TOP500排名第一的
IBM的Roadrunner就是把自己的Cell和
AMD的皓龍?zhí)幚砥骰旌显诹艘黄穑辉谛酒瑢用�，包括英特爾、AMD和nVIDIA等都在研制異構(gòu)多核或眾核芯片。例如AMD提出的
CPU+
GPU的Fusion，nVIDIA的Tesla等。
眾所周知，在當(dāng)前的高性能計(jì)算系統(tǒng)和應(yīng)用中，絕大多數(shù)是x86架構(gòu)的處理器和應(yīng)用，隨著高性能計(jì)算系統(tǒng)性能的不斷提升，多核和重核異構(gòu)系統(tǒng)在滿足高性能計(jì)算的某些特殊應(yīng)用的時(shí)候表現(xiàn)出比較出色的性能。例如對(duì)于追求浮點(diǎn)運(yùn)算性能的應(yīng)用來說，GPU(圖形處理芯片)的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的 CPU(中央處理器)，這也是為何AMD和nVIDIA公司認(rèn)為，在未來的高性能計(jì)算中GPU或者CPU+GPU會(huì)最終取代CPU。但從目前應(yīng)用軟件的編程模式來看，多數(shù)編程工具和應(yīng)用仍然是基于x86架構(gòu)，所以要想充分發(fā)揮出GPU或CPU+GPU的性能，改變傳統(tǒng)的編程模式至關(guān)重要。對(duì)此，AMD公司中國(guó)區(qū)高級(jí)技術(shù)經(jīng)理劉文卓在其《未來是CPU和GPU的融聚》的主題演講中也承認(rèn)，目前編程模式是多核異構(gòu)系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)。那么多核異構(gòu)是否是高性能計(jì)算的發(fā)展方向呢？
英特爾公司高性能計(jì)算軟件經(jīng)理SanjayGoil博士對(duì)記者講，英特爾一定會(huì)做異構(gòu)的多核芯片，但與對(duì)手“異構(gòu)的內(nèi)核，異構(gòu)的編程環(huán)境”不同，英特爾會(huì)堅(jiān)持走“異構(gòu)的內(nèi)核，相同的編程環(huán)境”這樣一條道路，也就是說，不管是哪種內(nèi)核，所使用的編程模式都應(yīng)該是一樣的。雖然現(xiàn)在業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)了一些異構(gòu)系統(tǒng)，但這些異構(gòu)系統(tǒng)除了在Linpack測(cè)試時(shí)有較出色的表現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中并不好測(cè)試，因此需要強(qiáng)大的軟件工具的支持，降低異構(gòu)環(huán)境下的軟件編程難度。
英特爾中國(guó)公司亞太客戶響應(yīng)團(tuán)隊(duì)技術(shù)經(jīng)理何萬(wàn)青博士稱，目前英特爾的高性能計(jì)算開發(fā)工具可用于分析和優(yōu)化已有
MPI編程模式的性能。同時(shí)英特爾也發(fā)布了自己的MPI2.0，接口不變，編程模式不變，但更加適合多核環(huán)境，在進(jìn)程與內(nèi)核之間可以實(shí)現(xiàn)更好的綁定。另外英特爾針對(duì)OpenMPI在與業(yè)界伙伴進(jìn)行合作。
從對(duì)與會(huì)廠商的采訪和目前高性能計(jì)算的現(xiàn)狀看，基于相同編程模式的多核異構(gòu)應(yīng)該是未來高性能計(jì)算系統(tǒng)最切實(shí)可行的道路。而采用CPU+GPU的異構(gòu)系統(tǒng)，改變業(yè)內(nèi)流行的編程模式的難度很大。至于未來會(huì)怎樣，充滿了不確定性。
能耗是挑戰(zhàn)技術(shù)尋求突破
在高性能計(jì)算領(lǐng)域，用戶對(duì)于計(jì)算性能的需求是無止境的，這使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模越做越大，系統(tǒng)功耗也成為超級(jí)計(jì)算機(jī)發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。
以中石油的計(jì)算處理中心為例，從
2002年到2007年CPU從3
40顆增長(zhǎng)到13308顆，增長(zhǎng)了近40倍。其運(yùn)算能力當(dāng)初是189億次/秒，現(xiàn)在高達(dá)139萬(wàn)億次/秒，短短5年間處理能力獲得了質(zhì)的飛躍。正是因?yàn)橛辛藦?qiáng)大的計(jì)算能力，處理中心在冀東南堡油田的發(fā)現(xiàn)過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的的作用，為油井位置的選擇提供了重要的依據(jù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年處理中心有1500個(gè)CPU時(shí)，電費(fèi)是334萬(wàn)元；2006年CPU增加到
2300顆，電費(fèi)達(dá)到492萬(wàn)元；2008年電費(fèi)至少需要1500萬(wàn)-1700萬(wàn)元。
除了處理器之外，
內(nèi)存及其功耗的增加也值得關(guān)注。隨著制造工藝的改進(jìn)，內(nèi)存容量越來越大，速度越來越快，價(jià)格越來越低，與CPU一起
