英特爾至強融核：啟迪業(yè)界的眾核理念
DOIT原創(chuàng) 崔昊 發(fā)表于：12年11月27日 19:00 [原創(chuàng)] DOIT.com.cn
DOSERV服務器在線 11月27日原創(chuàng)報道： 2008年6月，超級計算機Roadrunner達成了驚人的1 PetaFLOP計算能力，這臺部署在美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的超級計算機，在每秒鐘能夠處理一千萬億次計算，比之前全球最快的一臺IBM藍色基因超級計算機快樂接近一倍。
當Roadrunner帶領我們跨過千萬億次計算能力的時候，業(yè)界早已經(jīng)將眼光瞄向了更高性能的計算領域，以英特爾公司為代表的高性能計算核心處理器廠商們認為，ExaScale會在2020年前到來，這也就意味著，在十年左右的時間內(nèi)，人類將會把最高性能的超級計算機的計算性能提高整整十倍，達到百億億級計算的水平。
而這還不是這場“超速”運動的全部，英特爾公司曾經(jīng)在公開場合表示，再過十年，也就是到2030年，人類有可能借助新的計算技術——眾核計算——再把全球高性能計算系統(tǒng)的計算水平提高一個數(shù)量級，達到1ZFlops，也就是說：“每秒鐘十萬億億次浮點計算”。
英特爾公司甚至為這一進程制定了詳細的時間表，在2011年國際超級計算大會(ISC)上，英特爾公司公開了自己的預測：2013年的時候全球最快的100臺超級計算機將會使用100萬顆處理器，2015年再翻一番，2020年左右達到800萬顆;排名第一的超級計算機的性能有望在2015年達到100PFlops(十億億次浮點計算)，2018年最終突破1EFlops大關，2020年再翻兩番達到4EFlops，也就是每秒鐘能夠完成四百億億次浮點計算。
或許在很多人看來，英特爾所做出的預測太過大膽，雖然微處理器的性能一直遵循著摩爾定律在不斷發(fā)展，但是在不到十年的時間里，把高性能計算的性能提高一個數(shù)量級，曾經(jīng)在很多人看來是“不可實現(xiàn)”甚至是“不科學的”——這其中最主要的原因在很大程度上也是因為摩爾定律：x86處理器即使遵循摩爾定律的增長速度，也難以在不到十年的時間內(nèi)構建出ExaScale系統(tǒng)，達到令人吃驚的百億億級計算的水平。
當然，這其中的原因不能完全歸結于x86處理器性能無法呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，很大程度上也來自于我們對能耗、處理器間通信以及并行計算能力方面的限制。簡單說來，我們確實可以使用堆砌處理器的方式來提高系統(tǒng)的整體性能(業(yè)界當然也確實這么做過)，但其功耗基本上是難以接受的;另一方面，處理器間通信的問題將會讓這一堆砌出來的系統(tǒng)變得臃腫和低效率，其性能利用率會非常之低;第三，無法實現(xiàn)高度并行計算的系統(tǒng)，即使通過處理器堆砌出來，也只是“理論峰值”，而無法應用到真實環(huán)境中去——對高性能計算系統(tǒng)來說，只有一個真正可用的系統(tǒng)才是有實際意義的，否則就只是紙糊的四架馬車而已。
因此，業(yè)界就開始尋找新的方式方法來達到ExaScale級別的計算能力，而Roadrunner就是我們突破性能極限的一個開路先鋒，其之所以能夠打破1PetaFLOP的計算能力，很大程度上是因為這是一臺混合計算設備，它通過采用不同類型的處理引擎極大的提高了該系統(tǒng)的峰值性能。由此開來，混合計算——這一能夠極速提高高性能計算系統(tǒng)性能的——系統(tǒng)架構設計方法被廣泛采用，如今幾年過去再看TOP500榜單，混合計算已經(jīng)蔚然成風。
但混合計算也并非不存在問題，首當其沖的問題就是編程上的問題，這也是為什么早期的GPGPU(以及GPU)+x86架構的混合計算高性能計算機的效率都不是很高的原因，同時也是為什么混合計算GPGPU(以及GPU)供應商都在類似CUDA編程上投入極大，以幫助用戶解決編程問題。
因此，英特爾在幾年以前開始計劃自己的眾核計算架構產(chǎn)品，而藉由其它一些研究方向上的積累，英特爾在MIC眾核架構上的發(fā)展速度相對來說處于比較快的速度上，2011年在DGEMM 進行的協(xié)處理器現(xiàn)場演示中，英特爾進行了使用單顆“ Knights Corner”協(xié)處理器提供超過 1 TeraFLOPs(每秒 1 萬億次浮點計算)雙精度實際性能的展示。
而在今年的國際超級計算大會上，英特爾使用行業(yè)基準測試工具Linpack (Rmax) 1展示了同樣超過 1 TeraFLOPs 的卓越性能。相比之下，在 1997 年，ASCII RED高性能計算機采用超過9000 顆英特爾奔騰處理器才突破 了1 TeraFLOPs 性能大關(那時候甚至還沒有至強處理器)。
今年6月，英特爾不僅進一步公開了至強融核(Xeon Phi)的產(chǎn)品細節(jié)、品牌釋義，也在6月份的國際超級計算大會上，向業(yè)界透露首個搭配采用英特爾至強處理器 E5 家族和英特爾至強融核協(xié)處理器的千萬億級(可實現(xiàn)每秒千萬億次浮點計算能力)的高性能計算機將于 2013 年年初推出，并將命名為“Stampede”(與戴爾合作，部署在德州高級計算中心(TACC))。
與此同時，英特爾也毫不掩飾其對第一代至強融核產(chǎn)品“廣泛的應用范圍所表示出的興奮”，在大會上，英特爾方面宣布，雖然第一代至強融核主要用于高性能計算(HPC)市場，但是未來還將以至強融核產(chǎn)品家族滿足企業(yè)數(shù)據(jù)中心、高性能工作站的高性能混合計算需求——當然，至強+至強融核(Xeon+Xeon Phi)的混合計算架構，目的將主要是為“高度并行的工作負載帶來(屬于英特爾的)全新性能”。
英特爾Many-core戰(zhàn)略開始于2004年，歷經(jīng)多代原型設計，其中不少都是頗具意義的里程碑。
隨著今年11月12日英特爾將正式向業(yè)界宣布第一代至強融核產(chǎn)品家族的首款產(chǎn)品，Xeon Phi 5110P，DOIT記者也終于能夠開始公開在今年10月中旬參加的有關至強融核媒體預覽活動上所聽到、看到、收集到的各種信息，而這些豐富的信息，相信會對更進一步了解英特爾至強融核有一定的幫助。
編者注：就在此文章剛剛動筆時，2012年下半年的全球高性能計算TOP500排行榜剛剛出爐，美國能源部下屬橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的新一代超級計算機泰坦(Titan)拔得頭籌，而曾經(jīng)的中國驕傲——中國天河1號A——則滑落到第八名。
由于提前測試和相關合作等原因，至強融核(Xeon Phi)在本屆榜單中已經(jīng)有所應用，共有七套使用英特爾至強融核(Xeon Phi)的高性能計算系統(tǒng)，其中Stampede系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)布其測試成績，這一采用英特爾至強E5-2680+至強融核(Xeon Phi)的混合計算系統(tǒng)，位列第七，它使用戴爾PowerEdge C8220服務器。
