高性能計算領(lǐng)域群雄逐鹿趨勢分析

　　高性能計算(HPC)系統一直是新聞媒體關(guān)注的話(huà)題，特別是半年一度的高性能計算500強超級計算機排行榜的發(fā)布。1993年第一次排行榜名列榜首的是擁有1024臺處理器和60千兆計算能力的思維機CM-5。而如今擁有288 teraflop計算能力的是高性能計算領(lǐng)域中的領(lǐng)跑者IBM公司的"藍色基因"/L(Blue Gene/L)。性能相當于提高了45000倍。

    高性能計算(HPC)系統一直是新聞媒體關(guān)注的話(huà)題，特別是半年一度的高性能計算500強超級計算機排行榜的發(fā)布。1993年第一次排行榜名列榜首的是擁有1024臺處理器和60千兆計算能力的思維機CM-5。而如今擁有288 teraflop計算能力的是高性能計算領(lǐng)域中的領(lǐng)跑者IBM公司的"藍色基因"/L(Blue Gene/L)。性能相當于提高了45000倍。目前有幾家廠(chǎng)商都在打算在年內進(jìn)入petaflop級別運算的領(lǐng)域。

　　這個(gè)標題并不意味著(zhù)什么，但是他非常的重要：高性能計算價(jià)格的下降為它拓寬了用戶(hù)的使用范圍。"在低端市場(chǎng)，我們也在尋求中小企業(yè)用戶(hù)的支持"位于圣地亞哥的Tabor Communications集團旗下的Tabor Research研究機構的資深研究顧問(wèn)克里斯托弗.威拉德說(shuō)："入門(mén)級系統在這十年里一直是市場(chǎng)上的主流"。在這個(gè)趨勢下很多因素都在發(fā)生著(zhù)變化。一方面，硬件價(jià)格的下降使得那些財富500強和國家研究機構之外的用戶(hù)也能夠承受了。另一方面，市場(chǎng)的重點(diǎn)已經(jīng)從硬件轉移到軟件，Linux集群已經(jīng)逐步取代了單塊集成電路的超級計算機設計模式。

　　"我們致力于解決如何設計硬件的問(wèn)題來(lái)使得系統能一起工作，我們也思索如何設計軟件的問(wèn)題以便計算機都一起工作"。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國家航空和宇宙航行局戈達德太空飛行中心，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)器和集群設備廠(chǎng)商企鵝計算公司(Penguin Computing)的技術(shù)總監。

　　事實(shí)上，Linux集群無(wú)論對于高端市場(chǎng)還是低端市場(chǎng)都是一場(chǎng)革命。2007年6月發(fā)布的高性能計算500強排行榜中373家集群廠(chǎng)商赫然在列?，F在每個(gè)人都可以在家里在不使用高性能計算的情況下創(chuàng )建一個(gè)Beowulf集群。不過(guò)這個(gè)趨勢可能已經(jīng)走到了盡頭。威拉德說(shuō)，集群已經(jīng)開(kāi)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，使用為特定目的設計的處理器來(lái)減少主中央處理器的常規運算法則。一些廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始這樣做了。

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

　　Cray公司

　　位于美國華盛頓州西雅圖市的Cray公司自從2000年從美國高性能計算領(lǐng)先供應商SGI分離出來(lái)以后，目前正處于恢復期。在高性能計算500強排行榜上它有11個(gè)系統位列其中，包括No. 2和No. 3 spots。美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室(Oak Ridge National Laboratory)的美洲虎系統是Cray XT3和XT4系統的完美結合，它使用11,706個(gè)AMD公司皓龍處理器計算節點(diǎn)，46 TB內存，比119 teraflops的性能還要卓越。美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室計劃在今年底使系統速度得到雙倍提升，方法就是將系統升級到雙核芯片，雙倍內存并在計算節點(diǎn)上遷移到Linux拆分版上。

　　"Cray XT4系統是非常完美的系統，它能給我們的應用軟件提供最為卓越的整體工作性能"美國橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室項目負責人亞瑟.貝萊德說(shuō)"這個(gè)系統還具有很高的量測性并且易于升級"。

　　Cray公司的XMT超級計算機平臺是大體積多線(xiàn)程處理系統能處理超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)并行處理線(xiàn)程。Cray XT4超級計算機是大體積并行多處理系統，采用AMD的HyperTransport技術(shù)和皓龍處理器連同Cray公司的三維互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )。它能測量超過(guò)1個(gè)的petaflop級別運算。Cray X1E超級計算機使用的是矢量處理器。

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

　　IBM公司

　　IBM公司繼續雄踞高性能計算領(lǐng)域的霸主地位。在高性能計算500強排行榜上排名前10位的系統中IBM就占據六席，前100位的排名中IBM就有46套系統。最大的超級計算機就是美國勞倫斯利沃莫爾國家實(shí)驗室的"藍色基因"/L(Blue Gene/L)計算機，它每秒運算速度超過(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計算機。也在保持"能量使用最有效和空間使用最節省的計算機"稱(chēng)號"IBM公司超級計算機部門(mén)副總裁戴維.特瑞克這樣說(shuō)道。

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

　　企鵝計算公司(Penguin Computing)

　　企鵝計算公司(Penguin Computing)是專(zhuān)門(mén)致力于為高端及低端高性能計算領(lǐng)域制造高性能計算集群，服務(wù)器和存儲設備的生產(chǎn)廠(chǎng)商。它hai 出品了Scyld集群管理軟件。今年1月，企鵝計算公司(Penguin Computing)發(fā)布了一款專(zhuān)為低成本高性能計算集群設計的服務(wù)器。Altus 600服務(wù)器采用兩臺AMD公司的皓龍處理器，支持64GB隨機存儲器，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公司的高性能計算機結合了它使用現場(chǎng)可編程閘陣列(FPGA)的RASC技術(shù)，能使用戶(hù)對系統進(jìn)行自定義從而使特別運算法則達到最優(yōu)。這項技術(shù)的應用大大減少了計算機的處理時(shí)間。今年六月，SGI公司推出了它專(zhuān)為高性能計算設計的Altix ICE刀片式計算平臺。

　　"目前公司的主要任務(wù)是處理更加復雜的計算問(wèn)題，隨著(zhù)用于管理和運營(yíng)的數據量的日益增長(cháng)，對于開(kāi)發(fā)者而言壓力也是與日俱增"SGI公司程序開(kāi)發(fā)及戰略客戶(hù)總監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 )導致無(wú)法預料和難以處理的各項費用，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平臺從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，也是特別針對高性能計算應用軟件而設計。它具有無(wú)線(xiàn)纜的刀片機箱( IRU )設計，熱插拔電源和整套高性能互聯(lián)架構。這種基礎架構在切斷電源和熱力的情況下，使更快的運行速度和更高的刀片密度成為可能。Altix ICE平臺還包含了SGI公司新推出的水冷卻通道設計。

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

　　SUN微系統公司

　　SUN微系統公司推出的是使用x86或者SPARC處理器，運行Linux操作系統或者Solaris操作系統的刀片高性能計算集群。今年六月，SUN微系統公司宣布推出其星群系統(Constellation System)超級計算機。這個(gè)系統是SUN微系統公司與位于奧斯丁市的德克薩斯大學(xué)共同合作開(kāi)發(fā)的，使用的是Solaris 10操作系統。德克薩斯高興計算中心正在建立一個(gè)超過(guò)500千兆兆字節的星群系統(Constellation System)超級計算機。這個(gè)系統配置是123TB隨機存儲器和1.7PB原始數據磁盤(pán)存儲器。SUN微系統公司計劃今年12月投入生產(chǎn)。

　　SUN微系統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大部分的知識產(chǎn)權，包括Lustre File System。Lustre File System是一個(gè)針對大規模計算集群設計的文件系統，包括在德克薩斯建立的星群系統(Constellation System)超級計算機。