性能还是能效？是谁引发TOP500的热点

　　在IDC年初的一份报告中显示，从2002年至2007年，全球高性能计算服务器市场的销售收入增长了134%，复合年增长率为18.8%。到2011年，全球高性能计算服务器市场的销售收入将达到150亿美元。因此，全球高性能计算服务器市场将呈现高速稳定的发展趋势，高高性能计算不再是高密度集群等高端应用领域的专属，个人高性能计算市场也长出了萌芽……

　　作为高性能计算领域每年度的重要大事，由美国田纳西州立大学、美国劳伦斯伯克利国家实验室和德国曼海姆大学联合推出的高性能计算TOP500排行榜于上周正式推出。这是2008年度上半年推出的，同时也是TOP500排行旁第31次发榜。

　　从榜单来看，近日由IBM研发的超级计算机Roadrunner以突破千万亿次浮点超越“蓝色基因”，这也是近4年来，基于Power处理器的蓝色基因/L首次没有摘得TOP500的桂冠。IBM蓝色基因/L和蓝色基因/P分获二三名，而Sun和Cray的超级计算机凭借326万亿次和每秒205万亿次的浮点性能获得四五名的优异成绩。

　　纵览本次超级计算机TOP500排行榜，不难发现几个亮点：性能突破千万亿次、能效比首次现身TOP500。

　　关键词一：千万亿次

　　荣登本次TOP500榜单的IBM Roadrunner，最高性能达到1.026PFlops，峰值性能约1.37578PFlops，正式宣告高性能计算正式进入千万亿次级别。

　　坐落于美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室的Roadrunner是IBM最新研制的一代超级计算机，基于IBM QS22刀片服务器的系统，是全球首台采用混合架构的超级计算机，其造价更是高达1.33亿美元。IBM Roadrunner采用了应用于Sony PS3游戏机的Cell和x86架构的AMD双核皓龙处理器，系统则采用Linux操作系统。该超级计算机共拥有130536个计算核心，包括12960颗PowerXCell 8i芯片的116640个PPE和SPE核心，以及6948颗AMD 皓龙处理器。在系统中，皓龙处理器负责标准的运算处理如文件系统的I/O，而PowerXCell 芯片主要加速数学和CPU密集型运算。

　　驱动千万亿次高性能计算机诞生的因素很多，主要都是用于科学研究、天文物理和国家安全等多方面的用途。

　　在解决能源问题方面，千万亿次超级计算机可以帮助有效解决这一问题。比如研究比较多的等离子物理学里面核聚变的研究，高性能计算机的作用是可以在电站的发电设备建造之前对反应过程进行大规模的模拟，是未来利用核聚变能量的关键，综合计算机能力至少增长1000~10000倍，既1至100Pflops。

　　而在跟人们生活最为密切的气象气候模拟方面，千万亿次超级计算机也可以对未来百年或者更长的时间内地球环境的变化进行模拟。当然，对于地震的预测，千万亿次高性能计算机也会在此领域发挥优势，可进一步研究如何预测地震的发生，从而减轻地震带来的危险。但预计未来处理地震数据所需的计算资源大概为1000Pflops。

　　事实上，千万亿次超级计算机将被用于更重要的一个应用领域——国家安全。国家安全是各个国家政府密切关注的，首先是核模拟和核武库管理，核模拟过程已经从二维模型和解决方案向三维模型和解决方案演变，需要计算资源增长1000倍以上。再一个就是，信号情报，超级计算在信号情报任务方面主要有两个用途，情报处理和情报分析，该领域对计算能力的需求是无止境的。

　　对于千万亿次高性能计算机的研究，不仅是美国和日本给与了强大的关注，我国在千万亿次的投入和产出效果也取得了一定的进步。863计划信息技术领域围绕国家重大工程、重大行业应用和经济发展迫切需求，设立了“高效能计算机及网络服务环境”重大项目，这也就使我国进入千万亿次机研究行列。据了解，我国将在2010年计划研制出第一台千万亿次高性能计算机。

　　关键词二：能耗、能效

　　本次推出TOP500的同时，Top500.org网站也推出了标题为“Power consumption of supercomputers”的文章。在文章中，TOP500官方网站表示在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。

　　据悉，IBMRoadrunner的电力消耗非常惊人，大约为300万瓦特，但其能效却相当出众。基于IBM QS22 Cell处理器的刀片系统，其平均能效高达488 Mflop/s/Watt，一改往日人们对高性能也高功耗的认识。同时IBM BlueGene/P系统的平均能效也非常可观，达到371Mflop/s/Watt。TOP500特别列举三款采用Intel Harpertown四核刀片系统，其中IBM BladeCenter HS21（采用低功耗的L5420处理器）平均能效为256 Mflop/s/Watt；SGI Altix ICE 8200EX Xeon nodes (采用E5472处理器)平均能效为240 Mflop/s/Watt；HP Cluster Platform 3000 BL2x220平均能效为227 Mflop/s/Watt，上述三款基于Intel Harpertown的刀片系统能效水平均领先IBM BlueGene/L的210 Mflop/s/Watt。

　　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。一直以来，在人们的意识中，一直有这么一个观点，那就是“高性能势必高功耗”。但随着最近几年来行业发展趋势的变化，单一性能的提升早已不是值得炫耀的事情，而如何在提高性能的情况下保持功耗不变甚至是功耗反之得到降低，这才是一款优秀产品最值得炫耀和宣传的。随着人们对能源紧缺的认识，注重产品的能效特别是在今年尤为显著。推出低功耗产品，应用虚拟化技术，异构计算等办法均可在一定程度上减少功耗提高性能，但对于超级计算机来说，性能是体现产品的重要衡量标准，可是能效是万万不能被忽视的。

　　为了降低能耗，核心产品制造商，比如处理器和内存制造商，均针对高能效推出了低功耗高性能的产品，同时这些产品也得到越来越多的重视和应用。就像IBM BladeCenter HS21采用的低功耗版本的L5420处理器一样，高性能早已摆脱高功耗的束缚，低功耗产品也用自己的强劲性能向市场展示着自己。在散热方面，也会采用智能化电源管理系统或者水冷散热系统，尽管其成本比传统的散热系统成本要高，但从长远角度来看，先进的散热系统一方面会有效减少因此而带来的能源消耗，而且散热效率也要比传统的高很多。

　　多少年来，我们一直关注超级计算机的性能是否会有质的突破，也一直关心谁是高性能的典范。但随着行业本着健康成熟的发展，我们的关注点早已发生了变化：性能不是唯一。通过本次超级计算机TOP500排行榜的推出，千万亿次的突破让高性能揭开了一个新的篇章。我国高性能计算发展受到全社会的关注和支持，随着曙光5000高性能计算机的推出，中国在高性能计算的领域上已经突破了百万亿次的关口，达到200万亿次的运算能力。当然，曙光5000因故并没有能够上榜，但其实际运算能力已经达到第六名的水平，中国高性能计算水平可见一斑！

　　其实不仅是千万亿次和高能效是本次TOP500的亮点，比如多核、异构也是高性能发展的重要趋势，因此高性能计算之路还很漫长，尤其是针对我国的高性能计算而言，发展之路更是艰辛。我们有理由相信，由我国独立自主研制的高性能计算机，通过我国科研人员的摸爬滚打，终究会站在世界领先行列中，更多的国内服务器厂商推出的高性能计算机会更多的应用于我国的高性能相关应用。