高性能計(jì)算領(lǐng)域群雄逐鹿趨勢(shì)分析

　　高性能計(jì)算(HPC)系統(tǒng)一直是新聞媒體關(guān)注的話題，特別是半年一度的高性能計(jì)算500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜的發(fā)布。1993年第一次排行榜名列榜首的是擁有1024臺(tái)處理器和60千兆計(jì)算能力的思維機(jī)CM-5。而如今擁有288 teraflop計(jì)算能力的是高性能計(jì)算領(lǐng)域中的領(lǐng)跑者IBM公司的"藍(lán)色基因"/L(Blue Gene/L)。性能相當(dāng)于提高了45000倍。

    高性能計(jì)算(HPC)系統(tǒng)一直是新聞媒體關(guān)注的話題，特別是半年一度的高性能計(jì)算500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜的發(fā)布。1993年第一次排行榜名列榜首的是擁有1024臺(tái)處理器和60千兆計(jì)算能力的思維機(jī)CM-5。而如今擁有288 teraflop計(jì)算能力的是高性能計(jì)算領(lǐng)域中的領(lǐng)跑者IBM公司的"藍(lán)色基因"/L(Blue Gene/L)。性能相當(dāng)于提高了45000倍。目前有幾家廠商都在打算在年內(nèi)進(jìn)入petaflop級(jí)別運(yùn)算的領(lǐng)域。

　　這個(gè)標(biāo)題并不意味著什么，但是他非常的重要：高性能計(jì)算價(jià)格的下降為它拓寬了用戶的使用范圍。"在低端市場(chǎng)，我們也在尋求中小企業(yè)用戶的支持"位于圣地亞哥的Tabor Communications集團(tuán)旗下的Tabor Research研究機(jī)構(gòu)的資深研究顧問(wèn)克里斯托弗.威拉德說(shuō)："入門級(jí)系統(tǒng)在這十年里一直是市場(chǎng)上的主流"。在這個(gè)趨勢(shì)下很多因素都在發(fā)生著變化。一方面，硬件價(jià)格的下降使得那些財(cái)富500強(qiáng)和國(guó)家研究機(jī)構(gòu)之外的用戶也能夠承受了。另一方面，市場(chǎng)的重點(diǎn)已經(jīng)從硬件轉(zhuǎn)移到軟件，Linux集群已經(jīng)逐步取代了單塊集成電路的超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)模式。

　　"我們致力于解決如何設(shè)計(jì)硬件的問(wèn)題來(lái)使得系統(tǒng)能一起工作，我們也思索如何設(shè)計(jì)軟件的問(wèn)題以便計(jì)算機(jī)都一起工作"。唐納德.貝克這樣說(shuō)到。唐納德.貝克是90年代中期任職于美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局戈達(dá)德太空飛行中心，是世界上第一個(gè)Linux集群的創(chuàng)建者，目前是位于舊金山的基于Linux的服務(wù)器和集群設(shè)備廠商企鵝計(jì)算公司(Penguin Computing)的技術(shù)總監(jiān)。

　　事實(shí)上，Linux集群無(wú)論對(duì)于高端市場(chǎng)還是低端市場(chǎng)都是一場(chǎng)革命。2007年6月發(fā)布的高性能計(jì)算500強(qiáng)排行榜中373家集群廠商赫然在列。現(xiàn)在每個(gè)人都可以在家里在不使用高性能計(jì)算的情況下創(chuàng)建一個(gè)Beowulf集群。不過(guò)這個(gè)趨勢(shì)可能已經(jīng)走到了盡頭。威拉德說(shuō)，集群已經(jīng)開始逐漸接近高端的極限。將來(lái)提升的空間將主要在一些特定的領(lǐng)域，使用為特定目的設(shè)計(jì)的處理器來(lái)減少主中央處理器的常規(guī)運(yùn)算法則。一些廠商已經(jīng)開始這樣做了。

　　接下來(lái)讓我們一起關(guān)注高性能計(jì)算領(lǐng)域目前的發(fā)展現(xiàn)狀，來(lái)看看這些生產(chǎn)廠家們是如何來(lái)提升他們系統(tǒng)的性能的。

　　Cray公司

　　位于美國(guó)華盛頓州西雅圖市的Cray公司自從2000年從美國(guó)高性能計(jì)算領(lǐng)先供應(yīng)商SGI分離出來(lái)以后，目前正處于恢復(fù)期。在高性能計(jì)算500強(qiáng)排行榜上它有11個(gè)系統(tǒng)位列其中，包括No. 2和No. 3 spots。美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory)的美洲虎系統(tǒng)是Cray XT3和XT4系統(tǒng)的完美結(jié)合，它使用11,706個(gè)AMD公司皓龍?zhí)幚砥饔?jì)算節(jié)點(diǎn)，46 TB內(nèi)存，比119 teraflops的性能還要卓越。美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃在今年底使系統(tǒng)速度得到雙倍提升，方法就是將系統(tǒng)升級(jí)到雙核芯片，雙倍內(nèi)存并在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上遷移到Linux拆分版上。

　　"Cray XT4系統(tǒng)是非常完美的系統(tǒng)，它能給我們的應(yīng)用軟件提供最為卓越的整體工作性能"美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目負(fù)責(zé)人亞瑟.貝萊德說(shuō)"這個(gè)系統(tǒng)還具有很高的量測(cè)性并且易于升級(jí)"。

　　Cray公司的XMT超級(jí)計(jì)算機(jī)平臺(tái)是大體積多線程處理系統(tǒng)能處理超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)并行處理線程。Cray XT4超級(jí)計(jì)算機(jī)是大體積并行多處理系統(tǒng)，采用AMD的HyperTransport技術(shù)和皓龍?zhí)幚砥鬟B同Cray公司的三維互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。它能測(cè)量超過(guò)1個(gè)的petaflop級(jí)別運(yùn)算。Cray X1E超級(jí)計(jì)算機(jī)使用的是矢量處理器。

　　根據(jù)Cray公司總裁Pete Ungaro的說(shuō)法，Cray公司計(jì)劃在年底前生產(chǎn)出另外一款主流高性能計(jì)算產(chǎn)品。

　　IBM公司

　　IBM公司繼續(xù)雄踞高性能計(jì)算領(lǐng)域的霸主地位。在高性能計(jì)算500強(qiáng)排行榜上排名前10位的系統(tǒng)中IBM就占據(jù)六席，前100位的排名中IBM就有46套系統(tǒng)。最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)就是美國(guó)勞倫斯利沃莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的"藍(lán)色基因"/L(Blue Gene/L)計(jì)算機(jī)，它每秒運(yùn)算速度超過(guò)28o.6萬(wàn)億次。今年六月,IBM公司推出了Blue Gene/P平臺(tái)的改進(jìn)型，它能提升到3個(gè)petaflops。

　　"Blue Gene/P與它的上一代Blue Gene/L相比，性能幾乎提高了三倍。是目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。也在保持"能量使用最有效和空間使用最節(jié)省的計(jì)算機(jī)"稱號(hào)"IBM公司超級(jí)計(jì)算機(jī)部門副總裁戴維.特瑞克這樣說(shuō)道。

　　象它的前一代一樣，新的超級(jí)計(jì)算機(jī)使用的也是IBM公司的POWER大型機(jī)處理器。不同之處在于Blue Gene/P使用的是四核模式超越了"藍(lán)色基因"/L(Blue Gene/L)的雙核模式。德國(guó)的馬科斯.普朗克研究院在今年9月安裝了世界上第一臺(tái)Blue Gene/P超級(jí)計(jì)算機(jī)。但是由于只有8,192個(gè)處理器，新的系統(tǒng)將不能設(shè)置任何記錄。阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)今年年底也在安裝四核超級(jí)計(jì)算機(jī)，不過(guò)只能運(yùn)行111 teraflops，因此它仍然位列美國(guó)勞倫斯利沃莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Blue Gene/L計(jì)算機(jī)之下。

　　企鵝計(jì)算公司(Penguin Computing)

　　企鵝計(jì)算公司(Penguin Computing)是專門致力于為高端及低端高性能計(jì)算領(lǐng)域制造高性能計(jì)算集群，服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的生產(chǎn)廠商。它hai 出品了Scyld集群管理軟件。今年1月，企鵝計(jì)算公司(Penguin Computing)發(fā)布了一款專為低成本高性能計(jì)算集群設(shè)計(jì)的服務(wù)器。Altus 600服務(wù)器采用兩臺(tái)AMD公司的皓龍?zhí)幚砥鳎С?4GB隨機(jī)存儲(chǔ)器，雙核處理器配置。市場(chǎng)定價(jià)為1,499美元。這款服務(wù)器去除了高性能計(jì)算中不需要的特性，使它比通用目的的服務(wù)器更有效率。

　　SGI公司

　　SGI公司的高性能計(jì)算機(jī)結(jié)合了它使用現(xiàn)場(chǎng)可編程閘陣列(FPGA)的RASC技術(shù)，能使用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自定義從而使特別運(yùn)算法則達(dá)到最優(yōu)。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用大大減少了計(jì)算機(jī)的處理時(shí)間。今年六月，SGI公司推出了它專為高性能計(jì)算設(shè)計(jì)的Altix ICE刀片式計(jì)算平臺(tái)。

　　"目前公司的主要任務(wù)是處理更加復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題，隨著用于管理和運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)量的日益增長(zhǎng)，對(duì)于開發(fā)者而言壓力也是與日俱增"SGI公司程序開發(fā)及戰(zhàn)略客戶總監(jiān)Joe Mansour這樣說(shuō)道"解決這個(gè)問(wèn)題的一種途徑就是創(chuàng)建大型集群，但是這種方法會(huì)導(dǎo)致無(wú)法預(yù)料和難以處理的各項(xiàng)費(fèi)用，比如經(jīng)營(yíng)支出，空間管理和能量消耗等等"。

　　SGI公司的Altix ICE平臺(tái)從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，也是特別針對(duì)高性能計(jì)算應(yīng)用軟件而設(shè)計(jì)。它具有無(wú)線纜的刀片機(jī)箱( IRU )設(shè)計(jì)，熱插拔電源和整套高性能互聯(lián)架構(gòu)。這種基礎(chǔ)架構(gòu)在切斷電源和熱力的情況下，使更快的運(yùn)行速度和更高的刀片密度成為可能。Altix ICE平臺(tái)還包含了SGI公司新推出的水冷卻通道設(shè)計(jì)。

　　SGI公司通通過(guò)這一最新型系統(tǒng)使綠色高性能計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)，她不僅能夠幫助用戶征服高額的電力和制冷花費(fèi)，同時(shí)通過(guò)自己優(yōu)秀的制冷來(lái)確保新平臺(tái)的最大使用期限。Joe Mansour這樣說(shuō)道。

　　SUN微系統(tǒng)公司

　　SUN微系統(tǒng)公司推出的是使用x86或者SPARC處理器，運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)或者Solaris操作系統(tǒng)的刀片高性能計(jì)算集群。今年六月，SUN微系統(tǒng)公司宣布推出其星群系統(tǒng)(Constellation System)超級(jí)計(jì)算機(jī)。這個(gè)系統(tǒng)是SUN微系統(tǒng)公司與位于奧斯丁市的德克薩斯大學(xué)共同合作開發(fā)的，使用的是Solaris 10操作系統(tǒng)。德克薩斯高興計(jì)算中心正在建立一個(gè)超過(guò)500千兆兆字節(jié)的星群系統(tǒng)(Constellation System)超級(jí)計(jì)算機(jī)。這個(gè)系統(tǒng)配置是123TB隨機(jī)存儲(chǔ)器和1.7PB原始數(shù)據(jù)磁盤存儲(chǔ)器。SUN微系統(tǒng)公司計(jì)劃今年12月投入生產(chǎn)。

　　SUN微系統(tǒng)公司一直活躍在集群領(lǐng)域的前沿并不斷進(jìn)步。今年九月，公司獲取了Cluster File Systems大部分的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，包括Lustre File System。Lustre File System是一個(gè)針對(duì)大規(guī)模計(jì)算集群設(shè)計(jì)的文件系統(tǒng)，包括在德克薩斯建立的星群系統(tǒng)(Constellation System)超級(jí)計(jì)算機(jī)。