GPU技術(shù)大會(huì)作為一場引領(lǐng)最新GPU相關(guān)科學(xué)研究、行業(yè)應(yīng)用與創(chuàng)新技術(shù)的大會(huì)選在中國舉辦的原因是顯而易見的，中國已成為全世界高性能計(jì)算的中心，在全球前500最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)排名中，僅前五名中就占據(jù)兩席，分別為來自國防科技大學(xué)的天河1A號(hào)和曙光公司所研發(fā)的星云(Nebulae)，而且中國的研究學(xué)者及業(yè)界精英都已經(jīng)意識(shí)到GPU在包括石油和天然氣、分子模擬、核聚變研究、流體動(dòng)力學(xué)等在內(nèi)的各種研究領(lǐng)域和行業(yè)應(yīng)用中無可比擬的強(qiáng)大計(jì)算能力。

異構(gòu)計(jì)算模式的崛起

全球高性能計(jì)算 (HPC) 市場早已進(jìn)入千萬億次級(jí)時(shí)代，在這個(gè)十年結(jié)束之前, 有望大踏步邁進(jìn)百億億次級(jí)時(shí)代，這種趨勢(shì)是全球性的。IDC預(yù)計(jì)，由于百億億次級(jí)計(jì)算將極大地推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步，增加各國的工業(yè)和經(jīng)濟(jì)競爭力，改善人們的生活品質(zhì)，因此美國、歐盟、日本、中國、俄羅斯將在該領(lǐng)域展開激烈競爭，以便享受這種技術(shù)帶來的巨大實(shí)惠。

但是很多高性能計(jì)算專家也指出，只有在現(xiàn)有技術(shù)和手段的基礎(chǔ)上進(jìn)行革命性的開拓，我們才能從容應(yīng)對(duì)一系列巨大的挑戰(zhàn)，從而在這個(gè)有限的時(shí)間框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)合理的百億億次級(jí)性能。這些挑戰(zhàn)包括但不限于以下內(nèi)容：

系統(tǒng)成本 (每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)/美元)。二十年前，全球領(lǐng)先的高性能計(jì)算機(jī)構(gòu)花兩千五百萬至三千萬美元，用于購置當(dāng)時(shí)最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)。如今購買千萬億次級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的費(fèi)用通常在一億美元以上，人們歡迎任何可增加每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)/美元比值的技術(shù)。

應(yīng)用性能 (時(shí)間/解決方案)。隨著高性能計(jì)算用戶日益為自己的應(yīng)用尋求更新、更大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這種長期挑戰(zhàn)也會(huì)隨之增大。由于時(shí)鐘頻率難以繼續(xù)增加，未來的性能提升潛力幾乎都來自于日益增加的并行性，這進(jìn)而導(dǎo)致了對(duì)百億億次級(jí)計(jì)算的巨大并行性需求。1 GHz 主頻的機(jī)器每個(gè)時(shí)鐘周期將需要執(zhí)行十億次獨(dú)立運(yùn)算。隨著時(shí)間的推移，人們有望用這種級(jí)別的系統(tǒng)解決一些重大科學(xué)難題。此外，一些缺乏必要的單次運(yùn)行并發(fā)性的其他問題就可以利用百億億次級(jí)計(jì)算系統(tǒng)來進(jìn)行整體運(yùn)算。比如，在解析每次運(yùn)行操作時(shí)，汽車設(shè)計(jì)工程師們已經(jīng)顯著增加了參數(shù)運(yùn)行的數(shù)量，這會(huì)發(fā)生于設(shè)計(jì)周期的分配階段。

空間和計(jì)算密度需求 (每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)/平方英尺)。一項(xiàng)全球性的 IDC 研究表明，絕大多數(shù)高性能計(jì)算機(jī)構(gòu)都極大地受限于數(shù)據(jù)中心的占地面積。其中三分之二的機(jī)構(gòu)正在計(jì)劃擴(kuò)建或修建新的高性能計(jì)算數(shù)據(jù)中心。其中一半的機(jī)構(gòu)已規(guī)劃，或已開始將高性能計(jì)算資源分布到多個(gè)地點(diǎn)。

計(jì)算和數(shù)據(jù)移動(dòng)的能源成本 (每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)/瓦，字節(jié)/瓦)。最后但同樣很重要的是，功耗已成為一個(gè)顯著的設(shè)計(jì)約束，并在總擁有成本中占有巨大的份額。隨著電壓的增長速度顯著下降，當(dāng)我們按照摩爾定律增加晶體管總數(shù)時(shí)，能耗不再是一個(gè)一成不變的制約因素，這使得如今的處理器受限于能耗，當(dāng)每一代新的 IC 芯片面世時(shí)，情況也日益如此。

這個(gè)時(shí)代的計(jì)算性能主要取決于能源效率，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的主要挑戰(zhàn)就是在不過度降低性能的前提下讓處理器和數(shù)據(jù)移動(dòng)變得更加節(jié)能。高性能計(jì)算系統(tǒng)領(lǐng)域的巨大進(jìn)步對(duì)能源效率提出了更高的要求。如今，規(guī)模最大的高性能計(jì)算數(shù)據(jù)中心所消耗的電能和一個(gè)小城市消耗的電能相當(dāng)，多個(gè)千萬億次級(jí)和百億億次級(jí)數(shù)據(jù)中心所消耗的電能注定還要更多。盡管能源價(jià)格相對(duì)于2008年的高位水平已回落了不少，但是相比于歷史水平它仍然顯著增加了很多。這場“完美風(fēng)暴”所暴露出來的另一個(gè)問題是，人們?nèi)找骊P(guān)注碳排放和全球氣候變化，而高性能計(jì)算數(shù)據(jù)中心對(duì)能耗和冷卻的要求卻與日俱增。最終，一些規(guī)模最大的高性能計(jì)算中心會(huì)擔(dān)心當(dāng)?shù)氐碾娏疚磥砜赡懿粫?huì)全力滿足其需求。其中有一家打算修建一個(gè)能耗為250 兆瓦的數(shù)據(jù)中心，不過它恐怕無法使用電網(wǎng)，而必須要自行修建一個(gè)小型核反應(yīng)堆。

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