HPC面临高功耗问题 英特尔揭示MIC众核未来

ZDNet至顶网服务器频道 6月23日 北京报道（文/孟庆）：在日前发布的Top500全球高性能计算系统排行榜中，有387套系统采用了英特尔至强处理器，而前十名的超算系统中也有5台采用了英特尔至强处理器平台。那为什么英特尔至强平台能在高性能计算领域拥有如此巨大的份额呢？日前ZDNet记者采访了英特尔数据中心事业部，亚太和中国区高性能计算/工作站方案架构师何万青博士和英特尔（中国）有限公司服务器平台产品经理张振宇先生，请他们从超级计算机当前面临的问题出发，谈了用户选择至强平台的原因，并对未来众核计算做协处理平台做了展望。

图左：张振宇先生 图右：何万青博士

英特尔占77%份额 未来系统将更重能耗

据张振宇先生介绍，英特尔在Top500中有387套系统采用至强平台，其比例达到了77.4%。而在新增的256套超算系统中，采用英特尔至强平台的系统更是达到了87.9%，并且其中50%采用的是至强5600系列处理器。

他表示，从应用的角度来看计算、内存、能耗、成本、资源等五大因素是当今高性能计算面对的主要性能挑战。而更加看重计算成本、计算效能则促使客户开始选择拥有更高能效比的英特尔至强5600平台，并将目光瞄准了未来的Sandy-Bridge架构至强E5处理器。

此外，英特尔认为未来的高性能计算系统随着计算性能的攀升，会带来不可避免的高能耗。而要避免CPU堆叠带来的过高耗能，只有采用协处理加速的方式。目前的GPGPU解决方案存在的弊病在于编程困难，对于高性能计算来说需要重新编写很多代码。而英特尔早在去年ISC上宣布的MIC众核计算架构则完全采用了x86内核设计，未来将与至强平台一同服务于高性能计算系统。

MIC众核计算平台现有信息全公开

何万青博士表示，未来的高性能计算系统已经不可能纯粹靠CPU来堆，过高的功耗是用户难以承受的——最新top500第一名的日本K超算系统功耗高达10MW（每小时10万度电）。而MIC的众核加速能力则可以大幅度的减少超级计算机在达到相同性能情况下的能耗。对于其他没有需求要用这么多计算能力的HPC用户，在逐步开始使用MIC架构加速产品的过程中可以面向未来尽早的减少自身计算集群的功耗。

据介绍，英特尔在ISC2010推出MIC构想和实验产品，2011年则开始联合建设整个并行计算生态环境。通过一年里与合作伙伴共同做了大量的测试和开发工作，英特尔为并行计算平台与并行应用做了很多迁移和优化工作。

目前来看MIC众核计算产品主要有两大优势：1、基于MIC和至强处理器的平台易于编程；2、采用MIC计算会获得接近线性曲线的性能增长。

从上图可以看出，针对MIC的并行程序优化非常简单，只需要在原有至强并行加速代码之前加一句MIC的调用语句即可。而英特尔针对多核与众核的Parallel Studio系列并行优化编程套件可以帮助用户将自身的程序有针对性的优化。

据何博士介绍，由于MIC是x86架构，因此在MIC上甚至可以跑定制化的linux系统，目前在一个4U的服务器上8块MIC样品卡（Knights Ferry）已经跑出了7.4TFlops的计算成绩。而早先韩国科学院应用MIC平台做的碳纳米管分析应用也获得了非常好的性能。据专家表示，MIC众核产品对于在地理和其他系统的新应用来说，成千上万倍的并行计算必将带来数十倍上百倍的功耗提升。

何博士强调表示，对于超级计算机来说，在2018年之前达到Exaflops计算性能（百亿亿次）会使得功耗增加500倍，达到40万千瓦耗电——这几乎是超级计算集群所不可能接受的用电负荷，也因此加速器模式是HPC必然要走的路。

据透露，英特尔计划于2012年推出MIC产品的正式版本，届时将采用22nm工艺+3D晶体管制程，其代号为Knights Corner，核心数将达到50个以上，并主要针对高度并行计算和数组运算的高性能计算应用。

扩展知识：我们用超级计算机来做什么？

那么人们为什么需要功能如此强大的超级计算机？世界各国为什么争先恐后地研制更快的超级计算机？原因是，人们面对着至少8个超级难题，只有超级计算机才能够解答。这些超级难题是：

1、气象预报：借助超级计算机能够模拟复杂的气流、洋流变化，预测天气走向，从而避免或减缓气象灾害给人类带来的破坏。

2、地震预报：超级计算机能计算各种地层应力变化，模拟地壳运动，这将帮助人们探索地震预测方法，从而减轻与地震相关的灾害风险。

3、发现生命秘密：从基因学的数据密集型研究到细胞网络模拟，生物学已经显示出巨大的计算需求，超级计算机将帮助寻找生命的秘密。

4、发现地球秘密：超级计算机在地球物理学中的应用涉及大量数据处理和模拟，如石油勘测问题，这类问题具有巨大的潜在经济效益。

5、发现宇宙秘密：超级计算机模拟是天体物理学的基础，它可模拟时间进程并加速这种模拟进程，从而对天体的演变进行建模和理论试验。

6、汽车设计：汽车设计需要综合考虑空气流体动力学、燃料消耗、结构设计、防撞性，以及乘坐者舒适度、噪音等多种因素，因此设计一款好车，必须借助超级计算机。

7、纳米材料设计：在设计纳米材料等新兴材料时，对物质和能量的模拟是计算密集型的，只有超级计算机才能发现具有很高经济效益的物质和反应。

8、社会科学治理：使用超级计算机可以对影响社会健康和安全的过程和系统进行模拟，比如污染、灾难以及针对本地和国家基础设施进行的恐怖主义活动等。另外，宏观经济、社会学等学科的研究同样需要超级计算机，比如对大量人口的行为进行模拟。