天河二号蕴含多项技术创新

用好超算任重道远

今年年底，天河二号将安装到广州超算中心，主要用于科学计算、工程计算以及广州地区信息化服务等多个领域。据悉，目前已经有三十多个用户排队申请使用天河二号，其中既包括原天河一号的用户，也包括一些新的超算用户。还有一些海外用户对天河二号也表示了强烈的兴趣。

尽管如此，如何让天河二号这个“大家伙”真正发挥大价值依旧是广州超算中心最为关注的问题。

对超级计算机稍有了解的人都知道，用好超级计算机才最关键，超级计算机的应用水平才是一个国家超算水平体现。而用不用得好一台超级计算机，可不只是取决于用户数量，而要看是否充分发挥了超级计算机的性能。要充分发挥超算平台的性能，则是看上面跑的超算应用本身的水平。举例来说，像天河二号这样一个拥有212万个可运行内核的机器，如果只是用来跑那种几十个核的计算作业，无异于“高射炮打蚊子”，是一种浪费。

不得不承认，我国超算在应用和软件优化上的能力要落后于硬件系统的发展。朱小谦表示原因也是多方面的：一是以前超级计算机是“阳春白雪”，大家很难找到一个大规模超算平台进行实际演练。二是相关的人才、软件投资和创新研发体制都不够健全。以上种种因素使得中国在超算应用上一直存在“计算规模受限制，计算精度、分辨率不高，关键应用受限制，不易改进和发展”等多种问题，进而造成了“大机器、小应用、软硬发展失衡”的局面。

国防科技大学计算机学院研究员、天河高性能计算机系统副总设计师 朱小谦

“好在国家已经意识到了这个问题，正在加大对软件方面的投入。天河二号是国家863专项重大的科研项目，而这个项目中也包含了若干个高性能计算的应用。同时，我国超算应用水平也还是在逐年提高，过去能用到几万个核的应用就了不起了，现在已经出现几十万核、近百万核的应用。”朱小谦说。

作为超级计算机硬件平台的研制方，国防科大下一个目标是希望在2020年前后成功研制具有百亿亿次计算能力的超级计算机。实际上，各国都卯足了劲，看谁能最快推出百亿亿次超级计算机。这个目标并不容易实现，面临着能耗、可扩展性、可靠性、成本、可管理性等方方面面的挑战，很可能需要对现有计算机系统结构进行大幅度的革新。

【记者观察】“微异构”迎来开门红

研究第41届世界超级计算机TOP500排行榜榜单，不难发现，除了天河二号这个冠军，榜单上还有另一个大赢家——英特尔。而令英特尔“笑开怀”的，不仅是因为本期TOP500榜单上超过80%的上榜系统采用的是英特尔处理器，更重要的是包括天河二号在内，共有11套上榜系统采用了英特尔“微异构”技术。

所谓微异构，可以简单理解为“CPU+Xeon Phi”的组合，主要有别于传统的“CPU+GPU”纯异构模式。实际上，Xeo Phi是英特尔去年才推出的协处理器，微异构这个词本身也是英特尔今年才创造的，短短不到一年，取得如此成绩，用“开门红”形容丝毫不为过。

英特尔宣称，这种微异构技术之所以迅速获得用户青睐，是因为具有双重优势：一是能够获得传统异构技术的优势，即在性能和能效方面，可与其他处理器配加速器或协处理器的技术方案相媲美，能够满足用户的需求;二是能够避开传统异构技术的麻烦，即“CPU+Xeon Phi”从硬件层面来看虽是异构，但却采用了统一的、已经为广大用户所熟悉和掌握的x86编程模型和应用开发及优化工具，这使得原来所有运行在至强处理器之上的高性能计算应用，都可以运行在微异构技术的平台之上，而且只需通过简单、快速的调优，即可让应用中高度并行化及向量化的应用在Xeon Phi(至强融核协处理器)上实现理想的加速比。相比之下，传统“CPU+GPU”异构技术则需要用户费时费力地去学习新的编程模式和语言，而后才能对应用进行重新编译和迁移。

根据记者的了解，TOP500榜单之外，英特尔微异构技术已经赢得多个行业的超算用户的兴趣。例如，我国的华大基因已经将基因序列比对软件BWA移植到Xeon Phi平台，还有一些石油勘探用户也将叠前深度偏移等应用移植在Xeon Phi平台，均取得了令他们满意的效果。

关于Xeon Phi和它所代表的微异构技术未来发展前景，清华大学陈文光教授评价说：“短期内，GPU和它代表的‘CPU+GPU’技术的优势在于积累了一些软件和库，但从长期看，软件环境的优势在Xeon Phi和它所代表的微异构技术。此外，Xeon Phi的竞争优势是制程，GPU的优势在利用整体显卡市场摊销研发和制造成本。从定价来看，Xeon Phi会对GPU造成很大压力。”