高性能计算远未进入巴塞罗那时代

    ZDNetChina服务器站 11月8日高性能计算分析  近日，几乎所有主要的IT门户网站，纷纷以高性能计算进入巴塞罗那(Barcelona)时代或以此意义接近的标题，称AMD的9月发布的四核巴塞罗那处理器已经将高性能计算带入了巴塞的时代，其根据首先是Sun宣布将采用16000颗AMD巴塞罗那处理器来建造代号为"巡逻兵"的超级计算机，为得克萨斯高级计算中心(Texas Advanced Computing Center)提供高达500Teraflop的峰值计算能力。其次是Appro宣布赢得了国家核安全委员会（NNSA）旗下三大国家实验室的大单，通过TLCC计划，采用12096颗巴塞罗那处理器为Lawrence Livermore、Los Alamos和Sandia三大国家实验室搭建计算性能高达438 teraFLOP/s的Linux高性能计算集群。一旦推出，AMD巴塞罗那便将高性能计算的世界冠亚军收入囊中。

    AMD的四核刚刚正式发布不久就取得用户的信赖并有可能囊获最新高性能TOP500的冠亚军，可喜可贺，但如果仅凭这些就断言高性能计算进入巴塞的时代，笔者实在不敢苟同。由于最新的TOP500的排名在在11月13日才会公布，所以笔者只能以6月发布的第29届全球超级计算机TOP500的排名来做些说明了。

    今年6月发布的TOP500的榜单中，在处理器领域，双核处理器占据了大部分市场。最瞩目的增长要数应用英特尔Wolldcrest 双核处理器的系统，其从六个月前的31个增加到了目前的205个。这使得英特尔的采用量有所增长，这份榜单中有289台，即58％的计算机应用了英特尔的处理器。而6个月前，采用英特尔处理器的数量为261台，所占比例为52.5%。相比之下，AMD的Opteron处理器有105台超级计算机使用了这种芯片，占总台数的21％。这个数字较6个月前有所下滑，当时有113台，即22.6％的机器使用了AMD的芯片。在仅仅6个月的时间里，榜单上采用英特尔Woodcrest芯片计算机数量便由31台攀升到了205台。从这个统计中可以看出，在TOP500中，采用英特尔处理器的比例是最高的，而且是采用AMD处理器比例的2.5倍。而英特尔正是凭借着去年Woodcrest芯片终止了AMD双核前进的势头，并且首先以四核将高性能计算带入了四核的时代。在6月发布的TOP500中，我们惊喜地看到了英特尔首款四核Clovertown的身影，在TOP500排名中，有19台高性能计算机采用了英特尔的四核Clovertown，占3.8%的比例，尽管比例很小，但英特尔首开了四核在高性能计算领域应用的先河。与英特尔相比，AMD在TOP500中的份额正在下降。

    笔者由此想到，一款处理器之所以能够改变着整个芯片产业的格局。关键在于创新、强大的市场研发、发展推广和保证充足量产的投入。说到研发，随着芯片产业竞争的日趋激烈，全球半导体研发费用迅速上涨已是大势所趋。仅就目前R&D和销售额的比例关系看，1996年研发费用占销售额的11.7%，到2006年研发费用已经占了销售额的16.7%，即2500亿美元产值的16.7%—417.5亿美元的研发投入。

    因此要在技术上始终占据领先的位置，首先从研发的投入上，一家厂商就需要几十亿甚至上百亿美元。据统计，仅仅在2006年，英特尔的研发投入就达到58.73亿美元（占其全年营业收入353.82亿美元的16.60%），与英特尔相比，尽管AMD的研发费用占到了其全部营业收入56.49亿美元的21.34%为12.05亿美元，但由于与英特尔巨大的市场营业收入的差距，英特尔的研发费用是AMD的近5倍。正是由于英特尔对于研发的重视和巨大的投入，才首先将人们带入了多核的世界，进而又会以45nm的制造工艺将芯片产业推向一个新的高度。

    其次说到英特尔的45nm，这里指的是全球首次45纳米芯片量产，这里笔者特别提及的是“量产”。在芯片领域，之前很多设计公司设计的产品也很多，但都不是量产的（既然不能量产满足市场需求，推出的意义何在呢？），而英特尔是量产。目前，英特尔已经在美国俄勒冈州、亚利桑拿州生产基于45nm制造工艺的处理器，到2008年还会有两个工厂，一个在以色列，另外一个是在新墨西哥州，届时总共有4个芯片厂来全速生产英特尔45nm的芯片。相比之下的AMD公司，按照其正常的进程，其第一批45nm芯片预计在2008年下半年才会开始发货（如果不像其四核Barcelona一推再推的话)。到今年年底，AMD只拥有两家具备45nm生产工艺的芯片制造厂，这之中还将一部分的芯片外包给特许半导体公司(Chartered Semiconductor)。从这个对比可以看出，英特尔除了创新的优势外，还具有充足的生产和制造能力。而这一切是以强大的资金实力作为后盾的。众所周知，要建一个45nm芯片厂，至少需要30亿美元；研发45nm的工艺，要投入至少24亿美元；设计45纳米芯片，要2000万—5000万美元才能设计其中的一个产品。如此高的必需的投入。对于日渐亏损的AMD显然是难以承担和支撑的。事实上，AMD当前的处境可谓是腹背受敌，一方面它要承受英特尔技术上领先的压力；另一方面它还要挣扎着走出财务困境。今年前9个月，ADM在营收42.4亿美元的基础上亏损了16.1亿美元，而同期英特尔实现营收276亿美元，盈利47.7亿美元。

    第三是除了对于创新、研发和生产的重视之外，睿智的市场发展和推广策略是至关重要。未来的芯片产业的竞争，将主要围绕着芯片制造工艺、处理器的微架构设计和服务器的体系结构设计展开。从全球TOP500所使用的处理器中英特尔的增和AMD的降可见一斑。从TOP500所使用的处理器的份额看，英特尔的Xeon 5300系列占绝了高性能计算市场的大部，而5300系列恰恰是采用了英特尔当时推出的全新的“酷睿”微体系架构，凭借着全新的微体系架构，英特尔将高性能计算市场的优势牢牢掌握在自己的手里，就在对手AMD还在畅想自己的四核巴塞罗那(Barcelona)的时候，英特尔马不停蹄地据此推出了X86领域的第一款四核处理器Clovertown，截至目前已经达到200万颗的出货量，并且已经在目前双核仍占主导的全球TOP500中使用（在TOP500排名中，有19台高性能计算机采用了英特尔的四核Clovertown，占3.8%的比例）。在这之后，英特尔又先于对手AMD推出了新的四核Tigertown。面对英特尔在四核领域的强大攻势，AMD终于推出了其拖延了近半年的四核Barcelona，但Barcelona很快就遭遇到了英特尔采用45nm制造工艺的四核Harpertown的阻击。相关的评测显示，英特尔的采用45nm的四核Harpertown在多数的性能指标评测中均取得出色的得分，超越了AMD的四核Barcelon。尽管在浮点运算上AMD的Barcelona小占优势（这恐怕也是AMD竭力去争TOP500前两名的主要原因，因为浮点运算是高性能计算比较关注的重点指标之一），即使是这样的话，在全球TOP500排名中，也阻止不了AMD下滑的趋势。众所周知，高性能计算仅仅是处理器应用的小市场，而在市场份额最大的通用X86服务器市场，Barcelona由于刚推出不久，按照以往AMD的策略，至少需要半年的时间才可以量产，而英特尔则是在发布的同时就已经实现了量产，而且是全线的产品。这是英特尔与AMD最大的不同之一。

    第四，从上面英特尔四核的演进可以看出，在决定芯片未来发展的三个因素中，英特尔在芯片制造工艺、处理器的微架构两个方面显示出了强大的执行能力。反映出来的就是早已为业界熟知的Tick-Tock（钟摆模式）。有关英特尔的Tick-Tock模式详见《英特尔：Tick-Tock模式制胜AMD》http://blog.sina.com.cn/s/blog_4cab48ba01000aqu.html一文。正是凭借着Tick-Tock模式，英特尔以全新的“酷睿”架构占据了双核市场，包括高性能计算TOP500的绝对优势，同样英特尔也正在以45nm的制造工艺在多核领域延续在双核的优势。当英特尔明年45nm成为主流的时候，按照Tick-Tock的发展策略，英特尔全新的Nehalem架构将会推出，届时，在基于45nm芯片制造工艺不变的前提下，英特尔的处理器微架构再次做调整，从而让处理器的微架构再次产生质的飞跃，而Nehalem之后的2009年，英特尔将会推出采用32nm制造工艺的Westmere处理器（32nm工艺的Westmere处理器将整合20亿个晶体管，而这将是8核心版本的整合晶体管数量。目前AMD的Barcelona核心Opteron四核心处理器拥有4.63亿个晶体管，而英特尔45nm工艺的Penryn四核心处理器则整合了8.4亿个晶体管），而当32nm进入量产之后，英特尔会再次对处理器的微架构进行调整。此外，英特尔作为平台化的公司，其优势还体现在整个与处理器相关的平台优势和产业链相关厂商的合作，这也就决定了英特尔在服务器的体系结构设计上也是领先的。

    从上述的分析可以看出，由于英特尔领先的创新能力、资金的绝对优势、市场发展策略（Tick-Tock）的成熟和延续，加之英特尔强大的执行力（总是能够按时，甚至是提前发布和量产自己的产品）和丰富的对于芯片制造工厂管理、生产制造的经验，使得英特尔无论是在高性能计算的小市场还是在通用的X86市场都占据着绝对的优势，而AMD仅仅以其四核Barcelona在TOP500中前2的排名就断言高性能计算领域Barcelona时代的来临颇有做秀的嫌疑，因为谁都知道，有英特尔在，AMD期待的Barcelona时代其实还远未来临。