高性能计算：多样化并存 能效引人关注

　　高性能计算：多样化并存能效引人关注

　　随着全球高性能计算TOP500的发布，高性能计算在成为业界关注焦点的同时，也呈现了新的发展趋势。针对这些，《中国电子报》于近日举办了“中电报沙龙”之高性能计算论坛，论坛中，与会的厂商代表和专家就高性能计算的技术、市场、趋势等进行了深入的探讨。通过探讨，我们可以管窥到高性能计算发展的趋势。

　　多样性并存刀片化是趋势

　　众所周知，一些HPC的用户特别是超大规模和大规模HPC的用户已经把能耗(每瓦特计算性能 Flops/W)和占地面积(每平方米计算性能Flops/m2)作为HPC的重要指标在产品选择过程中予以和峰值、效率等传统评价指标一样的关注。这也使得HPC厂家把减少能耗和占地面积的节约型HPC作为产品的重要发展方向来研究。刀片服务器由于其高密度和易于构筑机群的特点成为高性能计算的发展方向而受到业界的极大关注。

　　利用刀片服务器，采用集群架构，构建高性能计算机，不但可以大大减少连接线缆的数量，而且还可能带来其他意想不到的优势，如占地面积减少、能耗减少、部署时间大大减少等。所以专家认为，高性能计算已经成为刀片服务器的一个主要应用领域。

　　从最新的全球高性能计算TOP500的系统来看，由刀片服务器构成的集群取得了很大的发展，这之中，惠普可谓独领风骚。据统计，在最新的TOP500排行榜中，有176套采用了惠普BladeSystem c-Class刀片服务器，占总数的35%。这个比例高过任何一个其他计算体系结构，同时，惠普刀片的安装数量也超出其他所有厂商安装数量之和。刀片系统已经成为高性能计算中的重要动力，在TOP500排名中有66%的超级计算机，即329套是由刀片服务器进行配置的。面对刀片在高性计算领域的应用，未来的高性能计算刀片是否会一统天下？

　　IBM系统与科技事业部大中华区基础架构解决方案总经理朱明称，高性能计算刀片化会在中、低端的高性能计算发生，在高端的高性能计算应该不会发生。比如最近IBM与美国国防部签署的一个250万美元的高性能计算项目，采用Power7芯片，是机架式的集群，而不是刀片。所以在高端领域，不只是刀片化，应该是多样化。

　　英特尔高性能计算/数据中心技术经理何万青博士告诉《中国电子报》记者，在高性能计算系统架构方面，比如说刀片，或者机架和塔式。这些需要有相应的设备形态去适合，所以现在看刀片要讲高密度计算。刀片是一个趋势，但是我们仍然强调多样性，应该服从应用的特征。考虑到占地和散热，刀片是很好的趋势。

　　通过研讨，记者看到业界一些刀片领导厂商，不仅致力于通过优良的设计来减少刀片的热量输出，而且诸如IBM专门针对数据中心机柜散热的冰蓝技术、惠普智能化模块散热等水冷技术的回归应用，也可以大大减轻高性能计算对冷却的负担。这些技术创新无疑抓住了目前高性能计算用户的最大困惑，因而也必然会受到他们的青睐。

　　性能诚可贵能效价更高

　　在本次“中电报沙龙”之高性能计算论坛中，高性能计算的能效问题引起了与会者的广泛关注。据统计，在我国，高性能计算的应用得到了很大的发展，除了在科研领域之外，已经渗透到石化、金融、制造等领域。由此功耗的问题也日渐突出。

　　以中石油的计算处理中心为例，从2002年到2007年CPU从340颗增长到13308，增长了40倍。运算能力当初是亿次，原为189亿次/秒，现在高达139万亿次，增长了3354倍，短短的五年间处理能力获得了质的飞跃。正是因为有了强大的计算能力，处理中心在冀东南堡油田的发现过程中发挥了至关重要的的作用，为油井位置的选择提供了重要的依据。据统计，处理中心1000个CPU软硬件及空调PTU需要成本3千万元，电费每年96万元左右，每天电费是2630元，1万个CPU每年电费是1750万。近三年耗电统计，2005年1500个CPU，电费是334万元。2006年的时候CPU增长到2300颗，电费达到492万元，2007年前六个月达到4900颗CPU，到9月份电费为554万元，2008年电费至少需要1500-1700万元。

　　除了处理器之外，就是内存及其功耗的增加，随着制造工艺的改进，内存容量越来越大，速度越来越快，价格越来越低，与CPU一起推动了计算能力的快速增长，而与此同时，我们却要为之付出更多的电费，现在主流的DDR2和FBD内存均已达到10W这个量级，以至于我们不得不为内存的散热感到头痛；再次是芯片组和外围设备，由于CPU和内存频率不断提高，这就要求和它们配合的芯片组，总线和外围设备都需要工作在更高的频率，才能充分发挥其性能，而更高的频率意味着更多的电能消耗。

　　正是由于高性能计算领域性能的不断攀升，导致了能耗的增加。为此最新的全球高性能计算TOP500排名中首次引入了能效的指标。按照该指标衡量，Top500排名前十名的超级计算机，其平均能耗为1.32 Mwatt，平均能效为248 Mflop/s/Watt。而排名前50的超级计算机平均能耗为908 Kwatt，而平均能效为193 Mflop/s/Watt。从这里可以看出，尽管排名前十的高性能计算系统总能耗很高，但能效很突出，这也决定了它们排名为何靠前。

　　对此，IBM系统与科技事业部大中华区基础架构解决方案总经理朱明告诉《中国电子报》记者，一个通用芯片，必须要考虑很多非高性能计算的功能。放在高性能计算的芯片上，产生的其他能耗是高性能计算不需要的，所以高性能计算会出现能耗大的问题。未来做加速器用的专用芯片将是降低能耗，提高能效的有效手段。

　　与IBM强调从硬件层面提高能效相比，英特尔高性能计算/数据中心技术经理何万青博士则更强调通过软件调优的方式从提高高性能计算系统的可持续计算能力上来提高能效。读此何万青博士对《中国电子报》记者讲，英特尔除了处理器平台保持低功耗外，通过软件调优的方式，可以将某些行业应用中现有的整个高性能计算系统的能效从20%提高到60%。

　　据Gartner预言，在接下来的几年里，世界上一半左右的数据中心将受电力和空间的约束，能耗会占到一个IT部门三分之一的预算。IDC也表示，IT组织的能耗花费将达到硬件花费的四分之一。由此看来，以往高性能必然高功耗的时代已经过去，评价高性能计算系统的优劣要看性能，更要关注能效。