美國能源部于2000年開始與IBM合作，計(jì)劃投入經(jīng)費(fèi)來研發(fā)一臺超級計(jì)算機(jī)，以此探索高性能計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方向。雙方設(shè)計(jì)開發(fā)的結(jié)晶就是現(xiàn)在我們所看到的藍(lán)色基因。藍(lán)色基因能夠處理大量數(shù)據(jù)，并針對帶寬、可擴(kuò)展性和計(jì)算能力進(jìn)行了專門的優(yōu)化，與此同時(shí)，它所消耗的能源和占用的空間只相當(dāng)于今天速度最快系統(tǒng)的一小部分。
  
    2003年，藍(lán)色基因的原型機(jī)經(jīng)過三年研發(fā)，終于浮出水面，當(dāng)年11月它就一舉登上TOP500第73名。隨后，藍(lán)色基因以半年一個(gè)臺階快速占領(lǐng)TOP500排行榜。2004年6月，第4名；2004年11月，第一名，70萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算速度，超越占據(jù)第一位置幾年之久的地球模擬器。2005年3月，135萬億次，2005年11月280.6萬億次。
  
    截至2005年11月發(fā)布的TOP 500，藍(lán)色基因有19臺上榜，前20名就有5臺，并穩(wěn)守冠軍亞軍?，F(xiàn)在全世界速度最快的那臺超級計(jì)算機(jī)藍(lán)色基因安裝在美國能源部國家核安全局的勞倫斯•利弗摩爾國家實(shí)驗(yàn)室，它在64組機(jī)架中安裝了131,072顆PowerPC處理器。
  
    藍(lán)色基因是IBM所提供的一套革命性的全新解決方案，在安裝時(shí)可以選擇只裝1組機(jī)架到64組機(jī)架全部裝上，能為用戶提供一套具有高度可擴(kuò)展性的解決方案。藍(lán)色基因并不只是一部擴(kuò)展性極強(qiáng)的超級計(jì)算機(jī)，效率也非常高。藍(lán)色基因特別設(shè)計(jì)的體系架構(gòu)可以高密度部署處理器、內(nèi)存和互聯(lián)系統(tǒng)，更低的功耗和更小的占地面積也使其居于業(yè)界領(lǐng)先地位。
  
    藍(lán)色基因??應(yīng)用于重要業(yè)務(wù)

    藍(lán)色基因計(jì)劃在2000年第一次獲得授權(quán)時(shí)，其目標(biāo)就是發(fā)展能應(yīng)用于生物分子現(xiàn)象(例如蛋白質(zhì)折疊)研究的大型并行計(jì)算機(jī)。這些努力的成果將能通過大量的模擬，對蛋白質(zhì)折疊的機(jī)制有更進(jìn)一步的了解，此外還能探索在大型并行計(jì)算機(jī)架構(gòu)和軟件方面的創(chuàng)新想法。藍(lán)色基因所能提供的性能等級能夠大幅度提高模擬的規(guī)模，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越其它超級計(jì)算機(jī)。在此規(guī)模上，成功的蛋白質(zhì)折疊模擬研究可望在生物分子仿真的技術(shù)、模型和算法上能有更進(jìn)一步的發(fā)展。
  
    諸多不同應(yīng)用層面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)顯示，藍(lán)色基因架構(gòu)適用于各學(xué)科間相互關(guān)聯(lián)的作業(yè)?，F(xiàn)在，IBM與許多機(jī)構(gòu)正共同努力，擴(kuò)展藍(lán)色基因架構(gòu)上高性能計(jì)算應(yīng)用的名單，這些應(yīng)用包括了生命科學(xué)、金融模型、流體力學(xué)、量子化學(xué)、分子動力學(xué)、天文學(xué)和宇宙研究、材料科學(xué)和氣候模型。 
  
    藍(lán)色基因應(yīng)用實(shí)踐：

    藍(lán)色基因能幫助美國國家大氣研究中心的研究人員建立大氣模型，并且能確保該中心在業(yè)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。使用藍(lán)色基因系統(tǒng)等超級計(jì)算機(jī)，美國國家大氣研究中心將能更快地建立模型和分析資料，還能估算引起大氣變化的天然因素和人類活動正如何影響氣候。荷蘭ASTRON是領(lǐng)先的天文學(xué)組織。這個(gè)組織使用藍(lán)色基因作為新型射電望遠(yuǎn)鏡的中央處理引擎。這款新型的射電望遠(yuǎn)鏡叫做LOFAR，它能夠研究宇宙形成后，最早期的恒星和銀河在萌芽階段的狀況。

    波士頓大學(xué)打算利用藍(lán)色基因來設(shè)立處理艱深科學(xué)問題的主機(jī)，這些科學(xué)問題包括核物理學(xué)、基因?qū)W、細(xì)胞生物學(xué)到宇宙氣候和海洋系統(tǒng)的模型建立。例如，波士頓大學(xué)的研究人員打算利用藍(lán)色基因來預(yù)測太陽表面上的活動(例如太陽耀斑)是如何影響地球的輻射帶、地球的上層大氣層和電離層。當(dāng)許多科學(xué)家和研究人員將大規(guī)模集群運(yùn)算應(yīng)用到不同的問題組，并在類似計(jì)劃發(fā)展中建立共同的專業(yè)知識時(shí)，藍(lán)色基因的相關(guān)性就變得更加清楚。
  
    藍(lán)色基因??集合創(chuàng)新架構(gòu)設(shè)計(jì)

    藍(lán)色基因系統(tǒng)是由大量運(yùn)算節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘頻率相對來說都不很快，以節(jié)省電力和降低成本。藍(lán)色基因采用IBM PowerPC嵌入式處理器、嵌入式DRAM和系統(tǒng)芯片技術(shù)，并整合所有系統(tǒng)功能，其中包括計(jì)算處理器、通訊處理器、三層高速緩存，在單一ASIC上有著復(fù)雜路徑的多重高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)樘幚砥鲿r(shí)鐘周期相比之下速度較為緩慢，因此就時(shí)鐘周期而言，內(nèi)存近似于處理器。這對減少耗電量來說是一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，還能將1024個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)（內(nèi)含2顆PowerPC嵌入式處理器）放在單一機(jī)架內(nèi)進(jìn)行密集封裝。藍(lán)色基因可以擴(kuò)充到65,536個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)（共計(jì)131,072顆處理器），其峰值速度可達(dá)到367萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算速度，除了成本效益，還有低耗電、冷卻效果好及節(jié)省占地面積等特色。
  
    藍(lán)色基因是由下列組件構(gòu)成：每計(jì)算節(jié)點(diǎn)2個(gè)處理器，每計(jì)算卡上有2個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、每節(jié)點(diǎn)板上有16 張計(jì)算卡、每機(jī)架有32個(gè)節(jié)點(diǎn)板、機(jī)架由上下兩部分組成，中間有2個(gè)中間平面。
  
    每個(gè)處理器在每個(gè)周期中可以執(zhí)行4次浮點(diǎn)運(yùn)算。依照在藍(lán)色基因上所執(zhí)行應(yīng)用程序性質(zhì)的不同，程序設(shè)計(jì)人員可以選擇在單一運(yùn)算節(jié)點(diǎn)上同時(shí)采用兩個(gè)處理器進(jìn)行運(yùn)算，或是以一個(gè)處理器專門處理通信。除了這些運(yùn)算節(jié)點(diǎn)外，藍(lán)色基因系統(tǒng)還提供了可彈性決定使用數(shù)量的雙處理器I/O(輸入/輸出)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)可以處理運(yùn)算節(jié)點(diǎn)和其它系統(tǒng)間的通訊。
  
    藍(lán)色基因的計(jì)算節(jié)點(diǎn)是通過5種網(wǎng)絡(luò)來互相連接，這5種網(wǎng)絡(luò)分別是：1個(gè)3D圓環(huán)面網(wǎng)絡(luò)，用在計(jì)算節(jié)點(diǎn)間以點(diǎn)對點(diǎn)的方式傳輸信息；1個(gè)總體集合網(wǎng)絡(luò)，用于整個(gè)應(yīng)用中的總體運(yùn)行；1個(gè)總體障礙和中斷網(wǎng)絡(luò)；1個(gè)千兆以太網(wǎng)，用來控制機(jī)器；還有另1個(gè)千兆以太網(wǎng)，用來連接到其它系統(tǒng)。3D 圓環(huán)面網(wǎng)絡(luò)讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能和最近的6個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)以低延遲時(shí)間、高帶寬互連，3D圓環(huán)面網(wǎng)絡(luò)還支持一般的點(diǎn)對點(diǎn)通訊。圓環(huán)面網(wǎng)絡(luò)在使用區(qū)域通訊的應(yīng)用程序上特別有效?？傮w集合網(wǎng)絡(luò)對提高平常使用的MPI總體通訊架構(gòu)的速度相當(dāng)有用。而總體障礙網(wǎng)絡(luò)能夠迅速地同步化系統(tǒng)內(nèi)所有處理器的狀態(tài)。
  
    藍(lán)色基因還需要一個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上系統(tǒng)管理員可以管理儲存資料用的文件服務(wù)器。藍(lán)色基因還能管理復(fù)雜的前端節(jié)點(diǎn)，在這些前端節(jié)點(diǎn)上終端用戶可以編譯資料并發(fā)出工作指令。藍(lán)色基因包含了多種設(shè)計(jì)創(chuàng)新，可以擴(kuò)展到之前無法到達(dá)的性能水平，而且還能將客戶系統(tǒng)的耗電量、散熱量和可用的占用空間限制在合理范圍內(nèi)。
  
    藍(lán)色基因提供常用軟件環(huán)境

    在軟件環(huán)境方面，藍(lán)色基因也有特別設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)遵守下列三項(xiàng)基本原則：簡單化、高效和廣泛性。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)以簡單化的原則進(jìn)行開發(fā)，且能夠利用硬件功能的優(yōu)勢，既保證高效又兼顧穩(wěn)定和安全性。而依據(jù)熟悉且被廣泛使用的程序語言、資料庫、工作管理工具和并行文件系統(tǒng)所建立的編程和管理環(huán)境，客戶將能夠從藍(lán)色基因的創(chuàng)新設(shè)計(jì)要素中獲益，而不用面對陡峭的學(xué)習(xí)曲線。
  
    藍(lán)色基因的前端節(jié)點(diǎn)是程序設(shè)計(jì)人員存取系統(tǒng)運(yùn)算核心的入口。前端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的SUSE SLES9版本Linux，能提供使用者熟悉的操作平臺，讓使用者可以在該操作平臺上編輯程序、進(jìn)行程序糾錯(cuò)等。支持藍(lán)色基因系統(tǒng)的語言為用在Power PC上標(biāo)準(zhǔn)的IBM XL Fortran、C和C++編輯器，這些還增加了一個(gè)能利用雙浮點(diǎn)運(yùn)算單元優(yōu)勢的末端，而這個(gè)雙浮點(diǎn)運(yùn)算單元是藍(lán)色基因所獨(dú)有的。
  
    程序設(shè)計(jì)人員可以運(yùn)用廣受歡迎的IBM工程及科學(xué)子程序資料庫(Engineering and Scientific Subroutine Library，ESSL)，這是一套最先進(jìn)的資料庫，收集了超過400個(gè)數(shù)學(xué)子程序，能給Fortran、C或C++等語言所寫成的浮點(diǎn)工程和科學(xué)應(yīng)用程序提供最佳性能。這些程序中有許多都已經(jīng)調(diào)整成適用于藍(lán)色基因架構(gòu)。
  
    為了支持并行編寫程序，藍(lán)色基因還一并提供了一套MPI解決方案，這套解決方案可以利用美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室的MPICH2數(shù)據(jù)庫，可生成一個(gè)利用運(yùn)算節(jié)點(diǎn)通訊技術(shù)的執(zhí)行方案。
  
    在工作任務(wù)及平衡工作量方面，IBM LoadLeveler對藍(lán)色基因也提供支持。LoadLeveler已經(jīng)過許多大規(guī)模集群客戶的考驗(yàn)，能提供建立、提出和處理工作的設(shè)備，其設(shè)計(jì)是以可用資源來搭配應(yīng)用程序處理過程中的需求。
  
    藍(lán)色基因中還包括了IBM General Parallel File System (一般并行文件系統(tǒng)，GPFS)，可以進(jìn)一步強(qiáng)化藍(lán)色基因的軟件環(huán)境。GPFS是一個(gè)高性能的磁盤共享文件系統(tǒng)，它能從藍(lán)色基因的所有節(jié)點(diǎn)中提供快速數(shù)據(jù)存取功能。應(yīng)用程序可以立即存取使用標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)界面的共享文件，使用者將因此能從數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)中存取同樣的文件。
  
    藍(lán)色基因系統(tǒng)還包括一個(gè)讓系統(tǒng)管理員可以管理該系統(tǒng)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)。管理員可使用的重要功能有系統(tǒng)設(shè)定、初始化、監(jiān)督功能和運(yùn)行。這些功能都已經(jīng)整合到IBM Cluster Systems Management產(chǎn)品中，以提供額外的管理功能和在單一控制點(diǎn)上，在CSM支持的運(yùn)行平臺間進(jìn)行管理。能在服務(wù)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的還有一個(gè)和DB2相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，這個(gè)數(shù)據(jù)庫是靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)的信息儲存點(diǎn)。
  
    總之，藍(lán)色基因系統(tǒng)軟件集合了諸多為用戶考慮的因素，這些因素都為了達(dá)到高性能和高可靠性而加以調(diào)整，并符合許多現(xiàn)有集群客戶所熟悉的特性。在這種情況下，客戶將能夠快速讓藍(lán)色基因發(fā)揮強(qiáng)大計(jì)算能力，還能從藍(lán)色基因的結(jié)構(gòu)功能中獲益。
  
    藍(lán)色基因－對深度計(jì)算不變承諾

    IBM深度計(jì)算解決方案不僅有藍(lán)色基因，還包括了以POWER處理器為主的UNIX對稱多處理器系統(tǒng)(SMP)、Linux集群、高速互連、存儲、工作站、虛擬化解決方案和廣泛的軟件工具。IDC報(bào)告顯示，IBM自1999年就成為大規(guī)模高性能計(jì)算領(lǐng)域的佼佼者。創(chuàng)新的藍(lán)色基因解決方案，以及近十年內(nèi)將計(jì)算速度提升到千萬億次的產(chǎn)品發(fā)展藍(lán)圖，都展示了IBM對深度計(jì)算和對人類所面臨重大挑戰(zhàn)而尋求解決方案的研究人員所作的不變承諾。
  
    藍(lán)色基因計(jì)劃在過去五年中發(fā)展迅速。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明它可以應(yīng)用到各種不同的計(jì)算密集型工作中，而且現(xiàn)有的應(yīng)用程序增加了研究者接觸藍(lán)色基因的機(jī)會。藍(lán)色基因?qū)⒛転镮BM集群解決方案帶來極高價(jià)值的套裝軟件，這些努力也確保使用者熟悉它的運(yùn)行環(huán)境。
  
    和政府實(shí)驗(yàn)室、高等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、應(yīng)用程序和工具提供商及各行業(yè)一起共同研究，是藍(lán)色基因的潛在能力能不斷有新發(fā)現(xiàn)的原因。
  
    自推出以來，藍(lán)色基因以高成本效益比、高資源有效利用率及高可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，對人類科技發(fā)展不斷做出了重大貢獻(xiàn)。

多易