引領(lǐng)文化發(fā)展方向_0

1、書山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟。引領(lǐng)文化發(fā)展方向 高性能計算從某種意義上說，衡量了一個國家計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的科研能力，同時也是支持生物工程、氣候、科研、軍事等關(guān)鍵領(lǐng)域快速、良性發(fā)展的基礎(chǔ)?！案咝阅苡嬎慵罕旧頉]有意義，有意義的是如何利用集群工具來創(chuàng)造出新的發(fā)明創(chuàng)造和科研成果，這才是高性能計算發(fā)展的要義?！边@是日前舉行的2021全國高性能計算學(xué)術(shù)年會上與會者達(dá)成的共識。 作為我國一年一度高性能計算領(lǐng)域的盛會，該年會始終是該領(lǐng)域?qū)＜摇W(xué)者交流合作、發(fā)布前沿科研成果的平臺。這次年會也是如此，其主題就是面向應(yīng)用的高性能計算。 補(bǔ)齊應(yīng)用短板 高性能計算機(jī)發(fā)展已經(jīng)走過了三個階段，1964年1975年是高性能計算

2、機(jī)發(fā)展的萌芽階段，此后一直到1990年，向量機(jī)處于鼎盛時期，幾乎占據(jù)了當(dāng)時高性能計算機(jī)90%的市場。然而，向量機(jī)在發(fā)展中存在的先天問題也逐漸顯露出來，尤其是標(biāo)量速度一般應(yīng)達(dá)到向量速度的1/3，否則整機(jī)速度會明顯下降。同時，向量機(jī)在上世紀(jì)80年代末，還遭遇了一系列問題，尤其是受工藝限制，處理器頻率難以提高。另一方面，32位、64位微處理器芯片的相繼問世，引發(fā)了大規(guī)模并行計算機(jī)的蓬勃興起。 從1990年發(fā)展至今，大規(guī)模并行計算機(jī)已成為高性能計算機(jī)的主流產(chǎn)品，體系結(jié)構(gòu)發(fā)展活躍，尤其是1997年以來，以商品化部件（cots）為主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段的集群系統(tǒng)迅速發(fā)展，而自2021年開始，加速應(yīng)用的系統(tǒng)也成為

3、了重要的研究方向。這一發(fā)展時期的高性能計算機(jī)，其性能平均每四年就提高一個量級，今年ibm推出的roadrunner已經(jīng)突破了千萬億次（pflops）的計算能力。美國自然科學(xué)基金會（nsf）已經(jīng)提出了2021年的目標(biāo)：至少一臺高性能計算機(jī)的峰值性能達(dá)到110pflops，以支持需要最高水平計算能力的挑戰(zhàn)性應(yīng)用。 “神威”高性能計算機(jī)系統(tǒng)總設(shè)計師中國工程院院士金怡濂是我國著名的高性能計算機(jī)專家，他見證并推動了我國高性能計算機(jī)向大規(guī)模并行處理方向發(fā)展。在此次年會上，他做了主題為高性能計算機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展的學(xué)術(shù)報告。金怡濂指出，我國高性能計算機(jī)發(fā)展的主要瓶頸還是在于應(yīng)用以及軟件。 當(dāng)千萬億次高性能計算機(jī)

4、系統(tǒng)擴(kuò)展到成千上萬顆的處理器以及幾百tb內(nèi)存時，如何保障硬件系統(tǒng)的可靠性。在這樣大規(guī)模的系統(tǒng)運(yùn)行中，軟件錯誤在所難免，又該如何延長系統(tǒng)的平均無故障時間。這些可靠性問題帶來的挑戰(zhàn)一點(diǎn)兒都不亞于提升數(shù)量級帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)，而設(shè)計系統(tǒng)級的故障隔離、故障恢復(fù)機(jī)制，使系統(tǒng)具備容錯計算的能力，終究還是從軟件層面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)故障的隔離和應(yīng)用遷移最為可行。 金怡濂認(rèn)為，發(fā)展高性能計算、提高處理器性能水平應(yīng)該與發(fā)展應(yīng)用軟件、提高編程水平同步進(jìn)行。從處理器一端來看，它是研制國際先進(jìn)水平的大規(guī)模并行計算機(jī)的關(guān)鍵；同時也要注意到，在一些特殊領(lǐng)域，采用相適應(yīng)的定制芯片，也將使計算機(jī)性能較采用通用芯片大幅度提高；隨著高性能

5、計算機(jī)的發(fā)展，許多功能還將集成到處理器上，構(gòu)成片上系統(tǒng)（soc）。從軟件一端看來，我國高性能計算機(jī)已經(jīng)具有一定的研制能力，但應(yīng)用面不夠廣泛，其原因是自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。推廣高性能計算機(jī)就應(yīng)該大力發(fā)展應(yīng)用軟件。伴隨處理器快速發(fā)展，高性能計算機(jī)中處理器數(shù)量越來越多，編程瓶頸、存儲瓶頸、輸入輸出瓶頸日益突出，應(yīng)用程序編制難度也隨之加大?！拔覀儽仨氶_發(fā)編程工具，提高編程水平，努力發(fā)展應(yīng)用軟件?！苯疴ケ硎?，大力推廣應(yīng)用是當(dāng)務(wù)之急。 軟硬協(xié)同發(fā)展 從企業(yè)端來看，英特爾無疑是高性能計算的重要推動者，它既是核心硬件處理器的提供者，同時也在高性能體系結(jié)構(gòu)中需要發(fā)展的各個技術(shù)領(lǐng)域都投入相應(yīng)的技術(shù)力量。尤其在軟件支

6、持方面，用戶的軟件投資能否得到保護(hù)，與其技術(shù)路線圖密切相關(guān)。英特爾高性能計算解決方案設(shè)計師tommetzger認(rèn)為，集群架構(gòu)和定制化系統(tǒng)的差距越來越小，達(dá)到相同計算能力的間隔時間也越來越短，這就是主流處理器的巨大力量，當(dāng)然主流處理器最大的不一樣還是性價比。 tommetzger在主題演講中表示，硬件和軟件的發(fā)展直接面向的就是亟待解決的能耗與擴(kuò)展性這兩大挑戰(zhàn)?！皬挠⑻貭柕慕嵌葋碚f，未來的能效之路就是多核并行，這是必經(jīng)之路，也是驅(qū)動核心部件處理器繼續(xù)提升能效的關(guān)鍵?！庇⑻貭柕募夹g(shù)驅(qū)動集中在三個層面，在芯片層面，就是在摩爾定律的驅(qū)動下不斷優(yōu)化能效比，而在服務(wù)器層面，隨著nehalem新架構(gòu)發(fā)布，類似

7、于powermanager這樣的技術(shù)會在服務(wù)器平臺層面對服務(wù)器能耗做到智能化管理或按需管理。在這兩個層面，nehalem還引入了turbo模式，把不繁忙的處理器能耗省下來，把繁忙的處理器主頻提升，這也是從節(jié)省能耗、提升能效的角度出發(fā)的新技術(shù)。而在基礎(chǔ)設(shè)施的層面來看，英特爾要做的就是聯(lián)合更多合作伙伴共同構(gòu)造產(chǎn)業(yè)鏈，英特爾供應(yīng)數(shù)據(jù)中心的核心部件，因而有能力驅(qū)動綠色計算組織一起合作。 “談到能耗問題，更多的是從上述層面解決。但談到效率問題，如何讓軟件廠商更快地適應(yīng)新的多核架構(gòu)，在大規(guī)模擴(kuò)展的集群里讓應(yīng)用擴(kuò)展得更好，這就是軟件層面的問題，也就是效率和擴(kuò)展性的問題?！庇⑻貭柛咝阅苡嬎丬浖?jīng)理sanjaygoil說，未來在超大規(guī)模的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展意味著用戶當(dāng)前編寫或者使用的高性能計算代碼要能在未來的多核平臺甚至眾核（manycore）平臺上實(shí)現(xiàn)可兼容的擴(kuò)展。從這個角度來說，英特爾的工作重點(diǎn)在于讓軟件遷移、擴(kuò)展變得更簡單?！皬漠?dāng)前多核到未來多核配合新指令集再到未來眾核，我們致力于讓程序得到很好的投資保護(hù)，讓程序在更強(qiáng)大的硬件平臺上更好地擴(kuò)展。” sanjaygoil表示，眾核其實(shí)就是異構(gòu)的核，這表明英特爾也一定會面向高端做異構(gòu)。但與當(dāng)前的異構(gòu)不同，編程模式將大大簡化，可以實(shí)現(xiàn)編程方式一致，并且可以智能擴(kuò)