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2019/7/20 1:08:01
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  文/王强

  美国封闭对华超等核算构造键技能出口的音讯,让超算这个辞汇又成了媒体重视的核心。

  固然国产超算“河汉 2 号”曾经数度夺得全世界机能冠军,然而为之骄傲的网民还很少对“超等核算机”这个观点有比拟深刻的理解。本文将先为各人引见超等核算构造联的布景常识,而续篇则会讨论美国技能封闭方针对我国超算开展的作用。

  甚么是超算?

  超等核算机,又称高机能核算,英文名 High Performance Computing,简称超算/HPC。HPC 是为理处理产业界对大范围核算才能的需要而降生的技能,当代超算实质上是将很多设置濒临一般家用计算机/民用作业站的主机经过快速收集衔接起来的主机集群。它运转的是公用操纵体系,每台主机是一个运算节点;很多节点的运算才能叠加起来,就取患了远超单台或几台一般 PC 的核算才能。

  超算的技能特色

  时常在超算关联的新闻下面看到如许的谈论:“这么强,跑 xxx 游戏卡不卡?”一般耗费者对“运算速率”的观点凡是那是玩一些大型游戏有几多帧率、画面细节能到达甚么层次。乏味的是,超算履行的使命与 3D 游戏有很多类似之处。

  核算机全球中,“核算”能够分为整数和浮点核算两大类。8X4 是整数运算,而 1.5912/0.4 那是浮点核算。咱们常见的大大都法式都是以整数核算为主,辅之以少点浮点局部;但 3D 游戏、图象衬着、视频殊效这种事情则会很多运用浮点代码。

  在科学和工程范畴常见的核算使命都是偏浮点化的:典范如大气模仿、资料应力核算、卵白质份子模仿、地质模子剖析等。这些范畴中整数运算所占的份额较小,与咱们常见的 PC 法式有较大差别。

  浮点运算使命的一大特色是很简单高度并行化。简略来讲那是一段核算能够拆分给林林总总的核算中心来完结,不像整数核算那样许多时分只能分给少点几其中心。别的,麋集浮点法式能够很多运用初级浮点指令—比方 AVX、FMA 等来明明晋升运算速率。比较之下普通耗费者运用的法式常常只能用到老旧的 SSE、SSE2,不太简单重新指令中取得减速作用。

  由于上述特色,高机能核算范畴的运用能够很简单地从 CPU 的浮点运算才能改良中得益。下图是 Intel 几代 Xeon CPU 的实践浮点机能比照,能够看出受害于初级指令的添加,每代新品的机能都晋升 1 倍以上;咱们一般耗费者很难感想到这么大起伏的提高,但科学和工程核算法式就获益匪浅。

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  侧重浮点机能、能够大范围并行化的特色使科学核算运用很得当跑在 GPU 上。GPU 能够看做是有许多小中心的一种 CPU,献身整数机能和单中心机能换来整块芯片超强的浮点机能。CPU 和 GPU 结合履行科学核算的方法被称为异构核算,比来几年异构核算开端逐步在业界推行。

  除了执交运算的 CPU、GPU 中心,超算的别的两大关键技能是内存和互联收集。高机能核算使命凡是需求很多的内存,并且所需的时间随核算中心数目的增加而添加;别的,这些内存还要有很高的带宽来疾速将数值传送给处置器中心。互联收集则是将不计其数的主机搭建成超算体系的关键,主机数目越多,对收集的带宽、耽误和安稳性需要就越高。

  超算技能发展示状

  从后面的引见咱们能够晓得,超算需求的是浮点机能很强、内存带宽和容量很高的核算芯片,以及高机能的大范围互联收集。高机能芯片的技能被四大巨擘把持:Intel、IBM、Nvidia 和 AMD。此中,Intel 和 IBM 一方面出产 CPU,另外一方面研制出了相似 GPU 的超多中心芯片。比方 Intel 的新一代 Xeon Phi 处置器那是将数十颗尤其增强了浮点机能的 Atom 中心集成到一同,配上带宽到达数百 GB/s的 3D 封装内存制作而成的。一颗新版 Xeon Phi 的机能到达每秒 2 万亿次浮点运算,适当于最快的 Xeon CPU 的 3 倍。Nvidia 和 AMD 则在自家 GPU 的根底上出产公用核算卡 Tesla 和 FirePro,其浮点机能也到达2-3 万亿次每秒的程度。

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  因为制作技能与本钱的制约,Tesla 和 Xeon Phi 如许的芯片的内存不克不及做到很大容量,无奈履行那些需求复杂内存时间的代码,这也制约了这种芯片的遍及率。但因为这些芯片的机能比拟普通 CPU 有明明劣势,且几大公司都在致力处理内存时间的成绩,将来它们会是业界的支流挑选。Intel 指望本人的 Xeon Phi 在将来能金瓯无缺;Nvidia 与 IBM 协作,将推行 Power CPU+Tesla 核算卡的异构处理方案;AMD 则力推自家的 HSA 异构计划,指望 Opteron CPU+FirePro 核算卡的组合能占领一席之地。今朝来看 Intel 的劣势比拟大,而 Nvidia/IBM 的同盟也能拿下必定的份量。

  互联收集方面的技能不像核算芯片那样高度把持。今朝有很多公司都在供给超算收集处理方案,我国在这方面也具有全球一流程度。开始进的超算收集可让数万核算节点以高达 100Gbps 的带宽通讯,一起保障安稳性和低延时。

  超算对国度的含义

  一如前文所述,超算技能首要是效劳产业和科学研讨的。壮大的核算才能对公司、黉舍和国防研讨都有很大的帮忙,乃至能够说是不行或缺的。昔时美国宣告停止核实验,其底气那是超算模仿核实验技能曾经充足成熟。因为投入宏大、报答周期较长,列国的超算名目首要由当局施行或赞助。现在,超算技能和资本程度曾经成为一国科研气力的紧张目标之一。

  国家的超算技能近些年来开展迅速,曙光、河汉先后屡次登上全世界超算机能排行榜冠军。现在美国宣告对华超算技能禁运,无疑是感触了国家在这一范畴的威逼。那末美国的禁运方针将对国家有甚么作用呢?请看下一篇文章的详细分析。

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