HPC迈出科学探索殿堂

卜娜

在追求更高性能的同时，高性能计算（HPC）领域的技术发展，也推动了计算成本的大幅下降。和20年前相比，每FLOPS的计算成本已降至原来的1/15000，甚至更低。HPC所能提供的计算力，不再是科学家才用得起的东西，它正逐步走向民间，用其独特的力量推动各行各业的变革。

3D打印、云服务、商业模式变革

将驱动HPC创新

今年在德国莱比锡召开的2014ISC国际超算大会（ISC14）上，排在TOP500榜单首位的天河二号的浮点运算能力为33.9千万亿次，其计算能力是7年前排在TOP500榜单首位的顶级计算机的3万多倍。

TOP500榜单上性能最强的计算机，每经过6～8年时间，就会跌出榜单；每经过9～10年时间，就会与当时单路CPU系统的性能不相上下。现在，即便是一台普通具有双路高性能CPU的工作站，或是一台配置了英特尔至强融核的桌面电脑，都能与15年前最顶级的计算机的性能相匹敌。计算性能的这一发展趋势，被称为瀑布效应。而这种效应，在改变HPC性能的同时，也在大幅降低其成本。

近年来，HPC的应用范围已突破了国家级科研领域或高ROI的产业创新，从宇宙空间的探索到地理科学、医学研究等，HPC已被广泛应用于航空航天，石油、天然气勘探，抗癌药物研制，基因组测序等众多行业的创新中。而根据英特尔对HPC领域未来发展的预测，3D打印、云计算等领域的发展，未来都会成为HPC技术创新的驱动力，整个HPC行业也将越来越与人们的生活息息相关，而不是仅满足科学探索的需要。英特尔中国区平台产品事业部产品市场经理汤炜伟指出，特别是3D打印领域的发展，三维设计、仿真、材料应用和材料科学的发展，都会成为驱动HPC创新的重要力量。高性能计算云服务的出现，也在促进HPC技术广泛应用于各种创新领域。

复杂性成为新挑战

英特尔今年在TOP500榜单上的战果再次扩大，上榜系统中有427套采用了英特尔的平台，114套新晋系统中97%都采用了英特尔平台。共有19套上榜系统是Xeon Phi加Xeon的微异构系统，但这19套系统却占据了TOP500榜单上所有系统计算力总和的18%。

在今年的TOP500榜单中，Xeon Phi加Xeon的微异构系统的突出表现，既证明了MIC架构在HPC领域的能量，也透露出了一个新变化——完全依靠计算性能的线性增长，并不一定能让今天的HPC系统获得预期的性能。汤炜伟告诉记者：“系统从以前的几百个节点变成了现在的几万个，甚至十万个节点时，整个系统将面临巨大的复杂性挑战，由这种复杂性带来的很多的高可用性、稳定性的问题，就会成为威胁系统性能的不确定性因素”。改变这一问题的最好方法是让处理器的性能适应应用的变化，途径则是从内存、存储、能效、高速互连等多个维度改变计算能力，而不再像过去那样仅关注计算性能的提升。

英特尔的下一代Xeon Phi代号为Knights Landing，将会于今年下半年正式推出。Knights Landing已经出现了一个革命性的变化，它不光具备可安装在PCIe插槽上的处理器，还会出现可直接安装在主板上的处理器。这并不是产品形态上的简单变化，而是专门为高性能计算优化的微架构，采用低功耗的IA内核，和过去相比每个线程可以获得3倍的性能提升，同时还能与Haswell处理器的代码实现二进制兼容。此外，英特尔还和镁光共同开发了片上内存，16GB的片上内存让Knights Landing具备了极高的带宽。过去，通过PCIe进行协议转换会造成一定的延时，片上内存则可以解决这一问题。这也让英特尔Knights Landing实现了5倍于下一代DDR4的带宽。汤炜伟表示，下一代高速互连技术也会被集成到Knights Landing的众核架构产品中。