密度、能效与性价比：AMD的超算法宝

用自己的CPU打造地球上最快的计算，相信是每个CPU厂商的终极梦想，而在这方面AMD显然有着自己的骄傲。在2009年11月公布的最新一期全球HPC TOP500排名中，基于AMD六核伊斯坦布尔（Istanbul）处理器的，CRAY最新的XT5，代号“美洲虎”（JAGUAR）的系统登顶，而且在前三名中都能看到AMD处理器的身影，其中第三名也是CRAY的XT5。在英特尔于2009年3月隆重发布采用全新架构的新一代Nehalem-EP（至强5500）处理器之后，AMD仍然能取得这样的成绩，实属不易，要知道至强5500在处理器I/O与内存设计方面已经超越AMD的晧龙（Opteron）家族，在很多领域已经对AMD的企业计算领地构成了极大的威胁。在这种大背景下，AMD仍然能坚守住的第一宝座实属不易，况且“美洲虎”是一款实打实基于通用CPU的系统，没有GPU、Cell这类强化浮点运算的协处理单元的参与，难能可贵。

CRAY的XT5系统，集成8颗Opteron 6核心处理器（伊斯坦布尔），提供了极高的计算密度

总结AMD的超算理念，我们不难看到最关键的就是三点，即高密度、高能效与高性价比，并且达到了较高层次的平衡与和谐。

HPC系统随着客户对运算能力需求的不断提升，已经在往体积越来越大的方向发展，因为它要容纳更多的运算节点，而这所带来的负面影响就是系统的体积越来越庞大，整体的效率受到了更大的挑战。此外，这种“膨胀”也便利电力的消耗与当前越来越迫切的“低碳生活”之间的矛盾越来越大。在这里，计算能力并不是唯一的、绝对的选择重点，虽然它是HPC名次的排列依据。

AMD针对这种情况推行了高密度、高能效与高性价比的方针，再配合自己在架构上的先天优势，从而获得了较好的平衡效果。在HPC运算中，OpenMP的效率要高于MPI，所以尽量提升计算节点内的运算能力会得到更好的效果，因此节点内的核心数量对于HPC有着重要的意义。当前的主流是4核处理器，如果在插槽数量不变的情况下，提升核心的数量，就等于在HPC系统占地面积不变的情况下提升了运算密度与最终的计算性能。

不过6核处理器并不是AMD的首创，英特尔在2008年就推出了首款6核心多路x86处理器至强7400系列，但我们可以看到时至今日，在TOP500里没有一台是用7400家族的，原因就在于其基于传统的FSB总线的多路架构无法适应HPC高密度计算节点的需要，性价比很低。因此当伊斯坦布尔面世之后，即有采用，并取得当前的成绩。所以说，AMD伊斯坦布尔为HPC贡献了第一款高密度的6核心处理器并不为过，而这背后与AMD最早倡导的直联架构是密不可分的。

在另一方面，6核心的加入，也使得对能耗的控制变得敏感，而对能耗的控制反过来又可能对CPU的性能产生影响，在提升计算密度之后，AMD也就把重点放在了与能耗的相平衡上。对比一下AMD的伊斯坦布尔与英特尔的至强5500，就能看出在功耗方面的差别。

相比之下，至强5500系列的最低功耗和最高功耗分别是60W和130W，相对于传统的应用，至强5500引以为荣的空闲功耗特性在HPC领域的意义并不大，而且伊斯坦布尔全系列产品不管功能规格怎样，在HT总线带宽和内存性能方面均没有降低，而至强5500则有自己的等级划分，所以从整体的计算密度与功耗的平衡方面，伊斯坦布尔取得了较大的优势，再加上伊斯坦布尔的多路特性也是至强5500所不具备的，这些对于高端HPC系统的架构师来说无疑是一个重要的参考。总之，采用伊斯坦布尔可以在为顶极HPC系统提供强大的计算密度保障的同时，有效的抑制了对能源的消耗，这也是为什么伊斯坦布尔能在TOP500前三名占有两席的重要原因。

在保证了高密度与高能效的前提下，AMD的产品的定价策略上也有着自己的坚持。

英特尔官网提供的11月1日至强5500系列的报价（1000颗购买基准）

与英特尔的定价相比，每插槽的价格伊斯坦布尔并不占优，但以核心数量分摊以及功耗表现的话，则就能体现出自己的优势，这在需要核心数量越多的情况下也就越来越明显，排名第一的CRAY的XT5系统就是采用的伊斯坦布尔2.6GHz的处理器（Opteron 2435）。

综上所述，AMD在2009年仍然在HPC领域取得辉煌的成果，是有原因的，也可以说是AMD长期坚守理念与领先的架构革新所带来的综合效应。但不可否认，英特尔的Nehalem架构给AMD带来了空前的压力，而在2010年第一季度，Nehalem家族也将迎来多核多路成员Nehalem-EX，它有6核与8核的产品，还有新一代的32nm六核心双路处理器Westmere-EP，与之对应，AMD也将推出马尼-库尔（Magny-Cours），在保证外围规格与Nehalem-EX相当的情况下（HT的带宽与QPI相同了，内存支持DDR-1333），核心数量增加到了12个，是Nehalem-EX的1.5倍、Westmere-EP的两倍。另外值得一提的是，AMD另一个引以为傲的支柱产品线——GPU，也将在HPC领域发挥越来越重要的作用，中国第一台千万亿次超级计算机“天河一号”就是采用了AMD的GPU贡献了80%的浮点计算能力，而且所采用的GPU计算设备还是上一代产品Radeon HD4870 X2，新一代产品的浮点运算性能已经达到其两倍（Radeon HD5970）。所以明年AMD在HPC市场的表现仍然有很多看点，这方面我们将在后面的文章中继续分析。总之，我们期待AMD能继续坚守自己的理念，为HPC市场的发展贡献自己更强大的动力，并在HPC市场上进一步体现自己CPU+GPU双剑合壁的威力。