隨著我們進(jìn)入 E 級(jí)（Exascale）計(jì)算時(shí)代并邁向 Z 級(jí)（Zettascale）計(jì)算時(shí)代，科技行業(yè)也越來越影響著全球的碳排放。據(jù)估計(jì)，到 2030 年數(shù)據(jù)中心的能耗估計(jì)將達(dá)到全球能源產(chǎn)量的 3%-7%¹，而計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施將成為新增用電量的主要驅(qū)動(dòng)因素。

今年，英特爾承諾到 2040 年實(shí)現(xiàn)全球業(yè)務(wù)的溫室氣體凈零排放，并開發(fā)更加可持續(xù)的技術(shù)解決方案。在創(chuàng)造可持續(xù)未來的同時(shí)滿足對(duì)計(jì)算永無止境的需求，這是高性能計(jì)算（HPC）面臨的最大挑戰(zhàn)之一。這個(gè)任務(wù)雖然艱巨，但如果我們能夠把芯片、軟件和系統(tǒng)這些 HPC計(jì)算堆棧的每個(gè)部分都做好，它就是可以實(shí)現(xiàn)的。

我在德國漢堡舉行的 2022 國際超算大會(huì)（ISC 2022）上發(fā)表了主題演講，上述內(nèi)容就是我在演講中傳達(dá)的核心信息。

從芯片和異構(gòu)計(jì)算架構(gòu)開始

英特爾公布了直到 2024 年的高性能計(jì)算產(chǎn)品路線圖，期間我們將致力于提供多樣化的異構(gòu)架構(gòu)。這些架構(gòu)不僅將使我們能夠?qū)崿F(xiàn)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升，同時(shí)亦可降低通用工作負(fù)載及諸如人工智能、加密、分析等新興工作負(fù)載的能耗。

以內(nèi)置高帶寬內(nèi)存（HBM），代號(hào)為 Sapphire Rapids的英特爾^? 至強(qiáng)^? 處理器為例，該款處理器能夠很好地展示我們?nèi)绾卫孟冗M(jìn)的封裝技術(shù)和芯片創(chuàng)新，為高性能計(jì)算帶來性能、帶寬和節(jié)能方面的顯著提升。通過封裝高達(dá) 64 GB 的高帶寬內(nèi)存 HBM2e 并把加速器集成到 CPU 中，我們能夠釋放內(nèi)存敏感型工作負(fù)載的潛力，為這些關(guān)鍵的高性能計(jì)算應(yīng)用場(chǎng)景大幅提升性能。在對(duì)比第三代英特爾^? 至強(qiáng)^? 可擴(kuò)展處理器和即將推出的內(nèi)置高帶寬內(nèi)存（HBM）的 Sapphire Rapids 處理器時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，后者把氣候研究、能源、制造和物理學(xué)工作負(fù)載的性能提升了 2-3倍²。在主題演講中，Ansys 首席技術(shù)官 Prith Banerjee還展示了內(nèi)置高帶寬內(nèi)存的 Sapphire Rapids 為 Ansys Fluent 和 ParSeNet 的實(shí)際工作負(fù)載帶來了高達(dá) 2 倍的性能提升³。

為實(shí)現(xiàn)跨 HPC 和 AI 超算工作負(fù)載的幾個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升，計(jì)算密度是另一必不可少的要素。代號(hào)為 Ponte Vecchio 的英特爾首個(gè)旗艦級(jí)數(shù)據(jù)中心圖形處理器（GPU），已經(jīng)在復(fù)雜的金融服務(wù)應(yīng)用以及 AI 推理和訓(xùn)練工作負(fù)載方面展現(xiàn)出了卓越的優(yōu)勢(shì)。

創(chuàng)新不止于此。今天，我們還宣布這款出色數(shù)據(jù)中心 GPU 的下一代產(chǎn)品代號(hào)為Rialto Bridge。通過升級(jí) Ponte Vecchio 架構(gòu)，并結(jié)合使用下一代制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)制造的增強(qiáng)型芯片子模塊，Rialto Bridge 將大幅提高計(jì)算密度、性能和效率，同時(shí)提供軟件一致性。

展望未來，F(xiàn)alcon Shores 是我們路線圖中下一個(gè)重要的架構(gòu)創(chuàng)新，即把 x86 CPU 和 X^e GPU 集成在同一插槽中。這一架構(gòu)計(jì)劃將在 2024 年推出，它將在每瓦性能、計(jì)算密度、內(nèi)存容量與帶寬方面均實(shí)現(xiàn)超過 5 倍的性能提升⁴。

成功的軟件戰(zhàn)略遵循三個(gè)原則：開放、選擇、信任

如果沒有軟件為芯片注入活力，它將僅僅只是砂礫。英特爾的軟件策略是促進(jìn)整個(gè)堆棧的開放式發(fā)展，并提供工具、平臺(tái)和軟件 IP，以幫助開發(fā)者提升工作效率，產(chǎn)出可擴(kuò)展、更高性能、更高效的代碼，這些代碼能充分利用最新的芯片創(chuàng)新，沒有重構(gòu)代碼的負(fù)擔(dān)。oneAPI行業(yè)計(jì)劃為 HPC 開發(fā)者提供了跨架構(gòu)編程，使代碼能透明、可遷移地適用于 CPU、GPU 和其他專用加速器。

目前，在世界各地領(lǐng)先的科研和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)中已有 20 多個(gè) oneAPI 卓越中心（CoE），它們正取得重要的進(jìn)展。例如，布里斯托大學(xué)科學(xué)系的 Simon McIntosh-Smith 和他的團(tuán)隊(duì)，正在使用 oneAPI 和 Khronos Group 的 SYCL 抽象層進(jìn)行跨架構(gòu)編程，為在 E 級(jí)計(jì)算規(guī)模上實(shí)現(xiàn)性能可移植性開發(fā)最佳實(shí)踐。他們的工作將確?？茖W(xué)代碼能在大規(guī)模異構(gòu)超算系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)高性能。

聚力整合：實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的異構(gòu)計(jì)算

隨著數(shù)據(jù)中心和 HPC 工作負(fù)載越來越多采用分布式架構(gòu)和異構(gòu)計(jì)算，我們需要借助工具來幫助有效管理和應(yīng)對(duì)復(fù)雜多樣的計(jì)算環(huán)境。

今天，我們將推出一款開源解決方案 Intel^? XPU Manager，它可以在本地或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理英特爾數(shù)據(jù)中心 GPU。該解決方案旨在簡化管理，并通過綜合診斷更好地實(shí)現(xiàn)可靠性和延長設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，以及提升利用率并支持固件更新。

針對(duì)能耗很高的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)任務(wù)，分布式異步對(duì)象存儲(chǔ)（DAOS）文件系統(tǒng)提供了系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化。DAOS 可以顯著地改善文件系統(tǒng)的性能，它不僅可以縮短整體訪問時(shí)間，而且能夠降低存儲(chǔ)所需的容量，從而減少數(shù)據(jù)中心的占用空間并提高能源效率。相比于 Lustre 在 I/O 500 中的測(cè)試結(jié)果，DAOS 實(shí)現(xiàn)了直接寫入文件系統(tǒng)性能 70 倍⁵的提升。

應(yīng)對(duì)HPC的可持續(xù)性挑戰(zhàn)

我們很榮幸能夠與全球志同道合的客戶和行業(yè)領(lǐng)先的科研機(jī)構(gòu)合作，朝著實(shí)現(xiàn)更具可持續(xù)性和開放性的高性能計(jì)算而努力。我們近期取得了一系列成果——我們與巴塞羅那超算中心合作建立了開創(chuàng)性的 RISC-V Z 級(jí)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室；并與劍橋大學(xué)和戴爾繼續(xù)合作，將當(dāng)前的 E 級(jí)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步打造成為新的劍橋 Z 級(jí)計(jì)算實(shí)驗(yàn)室。

獨(dú)木難支，完整生態(tài)的構(gòu)建需要在制造、芯片、互連、軟件和系統(tǒng)等各方面攜手共進(jìn)。通過與整個(gè)生態(tài)的協(xié)作，我們致力于將本世紀(jì)最大的 HPC 挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為前所未有的機(jī)遇，創(chuàng)造改變世界的技術(shù)，讓未來更美好。

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