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高性能计算:走向多核异构 面临能耗挑战

2020-11-01 10:28:42      点击:
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英特尔中国公司亚太客户响应团队技术经理何万青博士称,目前英特尔的高性能计算开发工具可用于分析和优化已有MPI编程模式的性能。同时英特尔也发布了自己的MPI2.0,接口不变,编程模式不变,但更加适合多核环境,在进程与内核之间可以实现更好的绑定。另外英特尔针对OpenMPI在与业界伙伴进行合作。

从对与会厂商的采访和目前高性能计算的现状看,基于相同编程模式的多核异构应该是未来高性能计算系统最切实可行的道路。而采用CPU+GPU的异构系统,改变业内流行的编程模式的难度很大。至于未来会怎样,充满了不确定性。

能耗是挑战技术寻求突破

在高性能计算领域,用户对于计算性能的需求是无止境的,这使得计算机系统的规模越做越大,系统功耗也成为超级计算机发展面临的重大挑战。

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颗,增长了近40倍。其运算能力当初是189亿次/秒,现在高达 139万亿次/秒,短短5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,2005年处理中心有1500个CPU时,电费是334万元;2006年CPU增加到2300颗,电费达到492万元;2008年电费至少需要1500万-1700万元。

除了处理器之外,内存及其功耗的增加也值得关注。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。但与此同时,我们也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;其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、总线和外围设备在更高的频率下工作,以充分发挥性能,而更高的频率意味着更多的电能消耗。对此,国家并行计算机工程技术研究中心、中国工程院院士金怡濂告诉记者,系统功耗是超级计算机发展面临的重要挑战,当今全球百万亿次级超级计算机系统功耗在1000千瓦左右。一台千万亿次超级计算机系统的功耗能达到数兆瓦,每年的电费开销高达数千万元。因此,未来的超级计算机必须在节能方面有新的技术突破。