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2013-01-28 00:15 出處:PConline原創 作者:墨煙離 責任編輯:xiongxuehui
12012年超算領域主要動態回頂部

  【PConline 資訊】如果說超級電腦領域的2010年是中國年,2011年是日本年,那麼2012無疑是美國年了,這一年中,美國的IBM以及Cray兩次刷新超級電腦的最快運算記錄,現今最快的超級電腦Titan,每秒能夠進行17.59千萬億次浮點計算,如果全世界67億人用手持計算器,夜以繼日的工作345年,Titan只需一小時,另外在2012年,超算的CPU以及GPU也呈現出新的態勢,接下來就來一一回顧。

手持計算器
手持計算器

  此外除了美國的兩台超級電腦刷新運行速率記錄之外,在2012年最多的消息就是中美日的10萬萬億次超級電腦研制計劃,中國的天河、日本的K Computer以及美國的Titan都有3年內實現10萬萬億次計算能力的消息傳出。

  TOP500是全世界最權威的超級電腦排名榜,從1993年起,作為對全球已裝設的超級電腦進行排名的權威機構,國際TOP500組織以電腦實測速度(Linpack測試值)為基準,每年兩次發佈世界上最快的500台超級電腦排名。2012年6月以及11月份公佈了第39期以及40期排行榜。

Titan
Titan

  在最近幾年的TOP500中,排名前十的都為美國日本中國的超級電腦,歐盟以及俄羅斯的超級電腦排名並不理想。

  因此在2012年,歐盟以及俄羅斯的也有著各自的超級電腦研制計劃,例如在2012年年初,俄羅斯莫斯科大學聯合T-Platforms計劃建造10pflops超級電腦,力圖在全球超級電腦TOP500中名列前茅,要知道目前俄羅斯最快的超級電腦Lomonosov在TOP500中排名只在20名開外。

Lomonosov
Lomonosov(圖片源自互聯網)

  又如西班牙巴塞羅那超級計算中心(BSC)的項目代號“Mont-Blanc Project”,將使用ARM Cortex-A15結構打造,據悉ARM計劃在2017年實現20萬萬億次的計算性能。這也是ARM第一次嘗試高性能計算領域,此前超級電腦所用處理器多數為英特爾AMD以及IBM Power處理器。>>

 

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2第39期超算TOP500回顧回頂部

  首先我們來回顧一下2012年的兩期TOP500榜單,了解一下2012年的兩期TOP500中首位的超級電腦,IBM Sequoia和Cray Titan。

TOP500前十
第39期超算TOP500前十

  2012年6月份,全球超級電腦500強公佈,IBM時隔四年後再次回到超算榜首,IBM Sequoia(紅杉)超級電腦以16.32PFLOPS的浮點峰值計算能力,擊敗日本K Computer的10.51PFLOPS的前世界第一記錄。並且這份第39期全球超算TOP500排名中,IBM在前五中佔據三席,前十中佔據五席,日本K Computer目前位列第二,而中國天河一號A型則是跌落到了第5的位置。

 IBM超級電腦
IBM超級電腦

  早在2011年9月,IBM公佈的一項600多頁的專利文件顯示,IBM正在建設計算首個超過10萬萬億次浮點計算的超級電腦,其計算能力大約是當時排名第一的“京”(K Computer)的12倍。

IBM Sequoia計劃
IBM Sequoia計劃

  此次IBM計劃建設的超級電腦BlueGene/Q Sequoia,其峰值性能可達到20PFLOPS,而其陞級版將是首個超過10萬萬億次浮點計算的超級電腦,達到107PFLOPS,是目前世界最快K Computer的12倍。

IBM Sequoia
IBM Sequoia

  按照計劃,20 PFLOP/s的Sequoia將採用約160萬個A2處理核芯,由96個機結構成,到2012年6月份統計,Sequoia的核芯數已經達到了1572864個,峰值計算性能也達到了16.32PFLOPS,超過日本K Computer的10.51PFLOPS。功率僅為7890kW,為日本K Computer的一半多點,K Computer的功率為12659.89kW。>>

3第40期超算TOP500回顧回頂部

  而在2012年11月份,第40期全球超算TOP500排名中,超級電腦Titan(泰坦)以17.59PFLOPS的峰值浮點計算能力擊敗此前IBM  Sequoia(紅杉)超級電腦,成為全球最快的超級電腦。

TOP500前八
第40期超算TOP500前八

  在這份榜單中,除了第一的Titan,第5的JUQEEN以及第7的Stampede未曾入圍前十外,其他都在39期的前十名單中。Stampede的製造者戴爾還是首次入圍前十。

  在2011年10月,有消息稱美國將聯合AMD、英偉達研制最新超級電腦Titan(泰坦),美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的Titan(泰坦)超級電腦研制計劃:其主要運算設備將採用NVIDIA提供的Tesla晶片,新型超級電腦泰坦將由AMD提供CPU(中央處理器),NVIDIA將負責提供GPU(圖形處理器)。

Titan(泰坦)超級電腦研制計劃
Titan(泰坦)超級電腦研制計劃

  NVIDIA的Tesla晶片業務部門CTO史蒂夫·斯科特(Steve Scott)表示,“泰坦”將有18000個節點,每個節點將採用一個AMD的CPU和一個NVidia的Tesla GPU。斯科特稱,多數運算都將由Tesla GPU處理。“泰坦”的設計速度將達每秒2億億次浮點運算。“泰坦”將主要用於推進邊緣科學的發展,科學家們將透過其建立氣候變化的模型、研究生物科學等。

  到2012年11月份,Titan超級電腦登頂TOP500排行,Titan是一個擁有200個機櫃,18688個節點的Cray XK7系統。每一個電腦節點由一個16核心AMD Opteron 6274處理器和一個英偉達 Tesla K20 GPU加速器組成,並配備700 TB記憶體。另外,Titan的299008個CPU將被用於引導模擬,同時GPU用來做強力數據處理。

  電腦與電腦科學聯合實驗室負責人Jeff Nichols表示,Titan擁有者無與倫比的計算能力,將被應用在能源、氣候變化、材料研究以及其他需要超級電腦的領域。

超級電腦XC30
超級電腦XC30

  超級電腦Titan是一個採用Cray XK7系統的超級電腦,裝設在美國Oak Ridge國家實驗室(ORNL)。Titan擁有560640個處理器核心,其中包括261632個NVIDIA K20的加速計算核心。而有消息稱Cray最新研制的超級電腦XC30,此前也叫Cascade(瀑布),其設計的峰值浮點計算能力超過100PFLOPS。>>

4超級電腦CPU格局回頂部

超級電腦CPU

  目前Intel處理器佔據著超級電腦CPU市場75%左右的份額,AMD佔據約15%,剩下的10%則是IBM。不過在TOP500前十中,則是IBM與英特爾兩強爭霸的局面。IBM和英特爾各佔4席,剩下的是AMD以及並不多見大的甲骨文的Sparc處理器。

超級電腦CPU
超級電腦CPU

  IBM超級電腦大多數採用IBM自行設計的Power結構處理器,而Cray的超級電腦則是基本採用AMD Opteron處理器,不過計劃中的XC30則是會首次採用英特爾至強處理器。

採用英特爾處理器
採用英特爾處理器

  在西班牙超級電腦計劃Mont-Blanc Project中,處理器將會採用ARM Cortex-A15,這是ARM第一次嘗試高性能計算,絕大多數超級電腦採用的是英特爾處理器,另外就是AMD以及IBM的處理器。在Mont-Blanc Project項目簡介中提到:“ARM處理器從來就不是針對HPC設計的,ARM晶片也從未用於HPC系統,這帶來了大量的嚴峻挑戰。

ARM Cortex-A50
ARM Cortex-A50

  歐盟計劃在三年內為Mont-Blanc Project投入800萬歐元,目前已經進入第二年了,第一年主要用來部署相應的作業系統和科學軟體。這套ARM超算預計將於2013年底投入運行,並且希望從2014年起陞級到64位的ARM Cortex-A50結構,“可能會在2017年左右建造一套200PFlops(每秒20萬萬億次浮點計算)的系統,功耗卻只有1萬千瓦”。>>

5超級電腦GPU格局回頂部

超級電腦GPU

  除了CPU的變化外,CPU/協處理器的變化也在2012年中體現出來了,超算的並行加速呈現了英偉達英特爾AMD三方混戰的局面。而其中英偉達無疑是並行加速的佼佼者。

GPU加速計算
超算加速計算應用

  在最新的第40期超級計算名單中,採用了GPU並行加速計算的有62套系統,例如Titan和中國的天河1號A都是採用NVIDIA的GPU,而Stampede還有其他6套系統採用的是英特爾Xeon Phi處理器來並行加速。而在半年前的39期中有58套系統採用了並行加速,可以預見超算領域中並行加速正越來越受關注。

K20X
K20X

  在第40期的超算TOP500中,採用英偉達GPU進行並行加速計算的有50套超級電腦系統。除了Titan採用的是Tesla K20X外,大多數採用的是NVIDIA 2090,NVIDIA 2070以及NVIDIA 2050。我國的天河1號A採用的就是NVIDIA 2050。

Xeon Phi
Xeon Phi

  最新入圍全球TOP500前十的戴爾超級電腦Stampede,則是採用英特爾Xeon Phi處理器來並行加速。雖然英特爾Xeon Phi帶有至強的命名,但是實際上它更像是與CPU協同工作的GPU。英特爾推出這款處理器就是為了達到和英偉達AMD處理器一樣的效果,提高軟體的並行加速計算能力。

Xeon Phi對比GPU
Xeon Phi對比 GPU

  在並行加速計算領域,似乎將要演變成為x86協同處理器與GPU加速器之間的競爭,英特爾區分這兩者之間的區別是the Xeon Phi能夠運行作業系統,而GPU加速器則不能, 據報道稱Xeon Phi能夠運行紅帽Linux或者是SuSE Linux。

  不過更為重要的是這些並行加速處理器是怎樣提高超級電腦的計算性能,在這些方面軟體等方面起到的作用要比作業系統更重要。>>

610萬萬億次超算計劃回頂部

10萬萬億次超算計劃

  超算的峰值計算能力如今已達到接近20PFLOPS,也許有人會疑問,什麼樣的應用或是領域需要如此的計算能力。2012年的一個案例可以說明。

  2012年5月份,世界最大的天文望遠鏡SKA選址南非,耗時9年的選址問題等已解決,然而比選址更為棘手的問題是其龐大的數據量收集和處理。有專家指出,前所未有的最大望遠鏡SKA,其龐大的數據量需要一個每秒超過10萬萬億次(100PFLOPS)浮點計算能力的超級電腦,是當時最快的K Computer的十倍左右,也是目前世界上最快的Titan的6倍左右。

  SKA,平方公里陣列射電天文望遠鏡,是目前籌建的最大的射電望遠鏡。SKA將同時採用高頻碟形、中頻孔徑和低頻孔徑三種類型的無線電波接收天線陣列,其信號採集區域與1平方公里的碟形天線相當,這也是其名稱的由來。

SKA射電望遠鏡
SKA射電望遠鏡

  SKA覆蓋頻率從70兆赫茲至10000兆赫茲,高頻碟形陣列每秒鐘將產生1600億比特的數據,而中、低頻孔徑陣列每秒鐘的數據量更大。處理這些是互聯網數據的幾百倍的海量資訊,必須要有一台每秒運行速度達到10萬萬億次的超級電腦才能滿足需求。而當時世界排名第一的超級電腦K Computer的峰值浮點計算性能也只是在10千萬億次左右,僅為所需的十分之一。

日本的K Computer
日本的K Computer

  SKA全面竣工是在2024年,那麼10萬萬億次何時才能實現呢?根據現在的消息,IBM Sequoia、Cray 的XC30以及日本的K Computer和中國的天河陞級計劃,大概在2015年將實現10萬萬億次的峰值計算能力。

  早在2011年9月,IBM公佈的一項600多頁的專利文件顯示,IBM正在建設計算首個超過10萬萬億次浮點計算的超級電腦。據悉,Sequoia的峰值性能可達到20PFLOP/s,而其陞級版將是首個超過10萬萬億次浮點計算的超級電腦,達到107PFLOP/s。

  從Titan超級電腦研制計劃圖中我們可以看到,SKA天文望遠鏡所要求的10萬萬億次的浮點計算能力,最早可於2015年達到。此外日本的K Computer也有著十萬萬億次的陞級計劃,實現時間也差不多。

未來是並行的 參觀國家超算中心天河1-A
真名應該叫:天河高效能電腦系統

  另外,中國天河一號超級電腦的最新陞級計劃,將使得天河計算能力超過100PFLOPS,重登超算榜首。早在2012年3月份,就有消息稱,廣州超算中心24億購買的天河二號也將在2015年正式完成,屆時可以達到10億億次的浮點計算能力。

  而在2012年底,又有進一步的消息傳出,計劃陞級天河超級計算的計算能力目標是在100PFLOPS,將採用英特爾最新Ivy Bridge結構的至強E5處理器和至強Phi協處理器,總數量高達10萬片,整個陞級計劃需要18個月。

  全文總結:在2012年,美國又重新奪回了超算第一頭銜,而在CPU上,未來ARM的衝擊會不會攪亂IBM、英特爾、AMD的晶片競爭格局,另外在GPU加速領域,英特爾會不會借CPU的強勢挑戰英偉達的權威?預測在2013年,世界最快超算的頭銜還是會在IBM Sequoia和Cray Titan之間,不過將目光放遠一些,中國、美國、日本誰將會第一個突破10萬萬億次的大關呢,讓我們拭目以待吧。[返回頻道首頁]

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