解析新時代下的高性能計算

云中子

超算TOP500是基于Linpack基準測試評定的全球500臺最快的超算系統(tǒng)性能榜單，自1993年起每年7月、11月發(fā)布兩次，是反應(yīng)各國超算的發(fā)展狀況和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的重要參考。

中國超算的發(fā)展速度贏得了世界的關(guān)注，國際超算權(quán)威專家、TOP500的發(fā)起人之一Hans Werner Meuer 博士用“big shocker”極具震撼力來形容中國超算的發(fā)展。

就在近日，國際TOP500組織在德國舉行的2015年國際超級計算機大會上發(fā)布全球超級計算機500強最新榜單，中國“天河二號”以每秒33.86千萬億次的浮點運算速度第五次蟬聯(lián)冠軍。

談到超級計算機，相信大家都太陌生，它能夠提供超高的性能，其一般主要應(yīng)用于科學計算、工程模擬、動漫渲染等領(lǐng)域，這些應(yīng)用大多屬于計算密集型的應(yīng)用。而云計算則是在近兩年隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來的新興計算，其依靠著靈活的擴展能力主要應(yīng)用于社交網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)IT建設(shè)和信息化等數(shù)據(jù)密集型、I/O密集型領(lǐng)域。

在橡樹嶺國家實驗室有一個研究設(shè)施SNS（散裂中子源），它構(gòu)建于2006年，曾引爆過世界上最強的材料中子束，幫助物理學家和化學家了解材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)是如何形成的。

SNS產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，它們需要被徹底分析。而科學家們相信，他們可以利用深度學習算法快速識別數(shù)據(jù)類型，并提升分析能力。識別數(shù)據(jù)類型是深度學習的專長。

但問題是，對于科學模擬來說，每次產(chǎn)生700TB數(shù)據(jù)似乎太正常不過了，不過這比美國國會圖書館所有信息加起來的量還要大。

應(yīng)用方面，高性能計算機可稱得上是行業(yè)應(yīng)用的強力助手。中石油川慶鉆探地球物理研究所計算所所長鄧亞力在接受本站記者采訪時表示：作為新一代的數(shù)據(jù)中心，在石油勘探應(yīng)用方面最受關(guān)注的重點依然是性能。此次中石油部署的PMDC集裝箱數(shù)據(jù)中心也表現(xiàn)優(yōu)異。其采用了標準的20英尺集裝箱，借助現(xiàn)代化物流可快速部署至全球任何地區(qū)。同時，采用高密度設(shè)計，使PMDC的占地面積很小，僅相當于同等性能數(shù)據(jù)中心占地面積的1/4。

據(jù)華大基因高性能計算研發(fā)主管王丙強博士介紹，GPU多流處理器架構(gòu)以及超高的顯存位寬和頻率能夠帶來巨大的性能提升，在基因研究方面普遍可以帶來10～20倍左右性能提升，如果說DNA上有一個點發(fā)生的基因突變，僅計算那一部分大概就可以提升70多倍。

原來在華大基因自己高性能計算平臺上做，大概要好幾年才能算完，后來轉(zhuǎn)移到到天河一號A上去，用超級計算機加上NVIDIA Tesla GPU加速，只要5個多小時就能完成。

從應(yīng)用來看，超算目前已經(jīng)開始走向云計算等方面應(yīng)用了。超算主要執(zhí)行計算密集型的任務(wù)，CPU的利用率已經(jīng)很高，因此虛擬化技術(shù)對于HPC的CPU利用率作用不大。

虛擬化對計算密集應(yīng)用的影響很小，而I/O密集型應(yīng)用的性能則會有一定下降。基于云計算理念來構(gòu)建超級計算中心，除了滿足傳統(tǒng)的或現(xiàn)有的HPC用戶需求外，更重要提創(chuàng)造并吸引眾多新領(lǐng)域的用戶。