高性能计算引起能耗问题 间接威胁气候环境

ZDNetChina服务器站 9月5日讯   中国华电集团（以下简称“华电”）发电装机容量为5004.6万千瓦，拥有百万千瓦以上的电厂16家。华电应该是最不缺电的单位了，但是据华电信息中心主任唐义良介绍，他们也在想方设法实现IT系统节能降耗，目前正在积极采用基于CPU的虚拟化技术来整合系统。

     IT能耗问题已经成为影响全球气候和环境的重要因素之一。预计2007年，中国PC的社会保有量将超过1亿台，服务器超过200万台，还有数目众多的路由器、交换机等其他IT设备，这些总量惊人的IT设备大约会消耗300亿～500亿度电能，等同于向大气中排放上千万吨的温室气体。

    高性能计算(High Performance Computing，HPC)设备计算能力出众，与此相对应，其“耗电能力”也是“首屈一指”，可谓是IT行业的耗电大户。北京市气象信息中心主任刘旭林给记者拿出一份信息中心新的HPC系统运行用电情况的报告。报告显示，空载情况下，HPC设备加上照明、制冷、安防等设备的耗电量达到了327千瓦；满载情况下，达到415千瓦，折合成电费每年大约需要300万元。

    北京市气象部门担负着2008年奥运会期间主要的气象数值预报服务。一流的奥运会需要一流的气象服务，奥运气象服务是举办有特色、高水平奥运会的重要保障。由于全球

    气候变化的影响，与往届奥运会相比，北京奥运会期间天气更加复杂，而赛时、赛场和城市安全运行对气象保障要求更高。因此，北京奥运气象服务面临十分严峻的挑战。而北京市气象部门是向奥组委立下“军令状”的，保证要为2008年奥运会提供精细化的气象预报服务。

    具体精细到什么样的程度，刘旭林解释，就是要实现以一平方公里为单位的实时数值天气预报。刘旭林告诉记者，“为此，北京市气象信息中心专门花费4000万元添置了一套IBM的HPC系统，计算能力达到9.8万亿次/秒，能够为奥运会期间的气象预测提供有力的数据支持。该系统将提高北京市区的精细化天气预报业务水平，完全满足奥运会要求的场馆周边天气变化数值的预报要求。”

    说到能为2008年奥运会提供高质量的精细化气象服务，刘旭林充满了自信和骄傲，但是说起整个HPC系统的能耗，一下子他又平添了些许无奈。“我向领导汇报，信息中心的HPC的电费要将近300万元，领导一听当时就急了。根本就没有这笔预算，一年要300万元上哪儿去找？然后赶紧打报告，组织各方讨论，协调解决。”刘旭林说。

    高性能计算起源于科学计算，我国的高性能计算事业就是伴随着“两弹一星”工程成长起来的。在HPC发展早期，由于主要以科学计算为主要应用领域，解决面向科学的重大挑战性问题，所以人们把注意力更多地集中在了它的计算能力上。

    如今，HPC在我国已经广泛应用于地质勘探、气象预报、航空航天、环境问题、材料科学、生物科学等方面。而目前关系到企业应用的商业计算正在不断增加，上海超级计算中心副主任袁俊曾向记者表示，“上海超级计算中心的HPC投入应用后，为上海市的气象、环保、船舶、汽车、飞机制造、建筑、钢铁、石油、机电、生物医药、基因研究等各行各业提供了有力的高性能计算服务，为上海市带来了巨大的社会效益和经济效益。”

    正是在上海超级计算中心这样的单位的带动下，越来越多的高性能计算中心如雨后春笋般涌现出来。据上海大学计算机学院徐炜民老师介绍，光在上海高校系统，上海大学、复旦大学、上海交通大学、华东理工大学、华东师范大学、上海电力学院等院校就都已经或者正在建设各自的高性能计算中心。

    目前，上海大学拥有一套含197个CPU节点的高性能计算机，作为校内主管高性能计算教学和科研的负责人，徐炜民曾经抱怨，HPC的教学和科研并没有得到校内各方的有力支持。但是学校领导对此却振振有词：“还不支持？每年60多万元的电费都交了，这还不叫支持？”对于一个普通高校的计算机学院而言，每年60万元的电费已经不是个小数字了。但是如果和北京市气象信息中心相比，上海大学的抱怨也只能算是“小巫见大巫”。

    赖能和是中国石油集团研究院数据处理中心的总工程师。据赖能和介绍，他所在的东方地球物理公司（BGP）主要以地球物理勘探业务为主，国内业务分布在12个省区15个油田，国际业务分布在全球27个国家。BGP在全球地球物理公司排名第四位，陆上地震勘探排全球第一位。

    据赖能和透露，BGP之所以具有如此强大的勘探能力，HPC在其中发挥了重要的作用。目前，BGP的HPC具有的CPU数量已经从2001年的134个增加到了12270个，其中10722个用于地震处理，1264个用于地震软件研发，156个用于地震采集，计算能力已经达到了100万亿次浮点计算。2008年之前，BGP的HPC所含的CPU至少要达到1.5万个，运算能力突破100万亿次/秒；到2010年，预计CPU总数将达到2万～2.5万个，处理能力要达到160万亿次/秒～180万亿次/秒。

    “CPU和计算能力的增加，直接给BGP带来的就是能耗增加。”赖能和给记者算了一笔账：如果增加10000个CPU，考虑到空间、照明、人员等环境因素和制冷设备冗余，光是大功率的专业空调就需要新增22台。目前，10240个CPU所耗的电费每年大约为970万元，每天将近2.6万元。如果将来增加到2万～2.5万个CPU，加上机房制冷空调、UPS等设备的能耗，那时的电费真可谓是一个“天文数字”。

    赖能和表示，计算能力和能耗的增加也是目前石油勘探行业的发展形势所迫。一方面，要确保国家能源安全，这一任务非常艰巨；另一方面，近年来随着油气勘探开发的不断深入，勘探开发的技术难度越来越大。油气公司为了解决复杂地表及地下地质构造成像问题，提高地震资料成像精度和勘探开发效益，减少勘探开发风险，加大了地震叠前偏移处理技术的推广应用力度，所以勘探公司必须大幅度增加自身的计算能力。