高性能計(jì)算普及化，正在成為現(xiàn)實(shí)

高性能計(jì)算（HPC）代表了當(dāng)今技術(shù)的頂峰，現(xiàn)代一些最重要的發(fā)現(xiàn)都借助了這些先進(jìn)的機(jī)器?，F(xiàn)在，我們正站在新一代高性能計(jì)算的入口處，其技術(shù)的可擴(kuò)展性和普遍性能夠?yàn)槲覀兊纳顜?lái)翻天覆地的變化。

這一點(diǎn)在抗擊新冠肺炎疫情中表現(xiàn)得最為明顯。疫情爆發(fā)之初，科研機(jī)構(gòu)就在研究實(shí)驗(yàn)室以及“高性能計(jì)算即服務(wù)”的云環(huán)境中利用這些先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，來(lái)監(jiān)測(cè)、研究、治療新冠病毒，并運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)開發(fā)了用于治療新冠肺炎的藥物。人們正以驚人的速度逐步實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，這離不開高性能計(jì)算技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

其實(shí)在迎來(lái)E級(jí)運(yùn)算時(shí)代之際，我們才剛剛起步?，F(xiàn)階段，超級(jí)計(jì)算已經(jīng)推動(dòng)了科學(xué)探索的發(fā)展，并能夠幫助解決氣候變化和慢性病治療等關(guān)鍵問(wèn)題。未來(lái)，它將有助于解決我們尚未遇到、甚至無(wú)法想象的問(wèn)題和危機(jī)。

英特爾的目標(biāo)是普及高性能計(jì)算并實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算普及化。為此，我們必須擁抱各種技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的性能提升、轉(zhuǎn)變高性能計(jì)算的可訪問(wèn)性并重新思考我們?nèi)绾螛?gòu)建為這些系統(tǒng)提供動(dòng)力的組件?；诖耍覀円孕阅?、開放性和規(guī)模作為策略基礎(chǔ)。

性能：從無(wú)所不在的計(jì)算架構(gòu)開始

x86架構(gòu)是當(dāng)今高性能計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)，為絕大多數(shù)系統(tǒng)提供動(dòng)力。龐大的安裝量使開發(fā)人員和客戶能夠訪問(wèn)世界上最大的生態(tài)系統(tǒng)以支持和部署高性能計(jì)算工作負(fù)載。x86 架構(gòu)還提供了始終如一的代際性能提升。

現(xiàn)有的這一代英特爾®至強(qiáng)®可擴(kuò)展處理器已被我們的高性能計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴廣泛采用，而下一代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器Sapphire Rapids也增加了新功能，目前也作為樣品正提供給客戶進(jìn)行測(cè)試。Sapphire Rapids為高性能計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)提供多種功能，首次封裝了能夠充分利用Sapphire Rapids多單元架構(gòu)的高帶寬內(nèi)存HBM2e。Sapphire Rapids還帶來(lái)了增強(qiáng)的性能、新的加速器、PCIe 5.0和其他針對(duì)人工智能、數(shù)據(jù)分析和高性能計(jì)算負(fù)載而優(yōu)化的新功能。 

高性能計(jì)算負(fù)載發(fā)展迅猛。它們變得更加多樣化、專有化，也同時(shí)需要混合的異構(gòu)架構(gòu)。盡管x86架構(gòu)仍然是標(biāo)量負(fù)載的動(dòng)力來(lái)源，但如果要想實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的性能提升并進(jìn)一步超越E級(jí)運(yùn)算時(shí)代，就必須以批判性的思維來(lái)審視高性能計(jì)算負(fù)載在矢量、矩陣和空間架構(gòu)中的運(yùn)行方式，并且必須確保這些架構(gòu)能夠無(wú)縫地協(xié)同配合。

英特爾已經(jīng)采用了“整體工作負(fù)載”策略，即針對(duì)特定負(fù)載的加速器和圖形處理器（GPU），無(wú)論是硬件還是軟件，都可以與中央處理器（CPU）無(wú)縫配合。我們正在通過(guò)下一代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器和Xe HPC GPU（代號(hào)“Ponte Vecchio”）來(lái)實(shí)施該戰(zhàn)略，它們將用于阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的2百億億次級(jí)*極光（Aurora）超級(jí)計(jì)算機(jī)。Ponte Vecchio具備最高的單插槽和單節(jié)點(diǎn)計(jì)算密度，利用我們先進(jìn)的封裝技術(shù)即嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）和Foveros封裝了47個(gè)單元。Ponte Vecchio上運(yùn)行著100多個(gè)高性能計(jì)算應(yīng)用。我們還與包括ATOS、戴爾、惠普、聯(lián)想、浪潮、Quanta以及超微在內(nèi)的合作伙伴和客戶合作，在他們最新的超級(jí)計(jì)算機(jī)上安裝部署Ponte Vecchio處理器。

通過(guò)開放性實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算的普及

要想真正普及高性能計(jì)算并實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算普及化，就需要一種開放的協(xié)作方式。英特爾致力于提供基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放平臺(tái)，以此促進(jìn)廣泛的協(xié)作。我們的目標(biāo)是推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)制定并創(chuàng)建關(guān)鍵硬件平臺(tái)，讓整個(gè)行業(yè)團(tuán)結(jié)在一起，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。

眾所周知，GPU編程由于缺乏適用標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)展受阻。因此自從GPU進(jìn)入高性能計(jì)算領(lǐng)域以來(lái)，行業(yè)就面臨著CPU和GPU各有一個(gè)獨(dú)立的軟件堆棧的挑戰(zhàn)，而oneAPI編程模式則試圖打破這些孤島。

oneAPI是一種開放、統(tǒng)一的跨架構(gòu)編程模式，適用于CPU、GPU和諸如FPGA等的加速器架構(gòu)，能夠允許異構(gòu)計(jì)算環(huán)境的編程，所有這些都使用一個(gè)代碼庫(kù)和軟件堆棧。如此一來(lái)，開發(fā)人員只需跨架構(gòu)編程一次，而且客戶也不會(huì)受制于某個(gè)單獨(dú)的供應(yīng)商。

下個(gè)月，我們將發(fā)布英特爾® oneAPI 2022工具包。相比于去年12月份發(fā)布的oneAPI 2021版本，該款新的工具包增加了900多項(xiàng)新功能。通過(guò)第一個(gè)統(tǒng)一的C++/SYCL/Fortran 編譯器和數(shù)據(jù)并行Python，即將發(fā)布的版本增加了面向CPU和GPU的跨架構(gòu)開發(fā)功能。今天，我們還宣布建立另外兩個(gè)oneAPI卓越中心，加入由領(lǐng)先的科研學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)組成的蓬勃發(fā)展的全球生態(tài)系統(tǒng)，提供開源端口并擴(kuò)展硬件支持、新技術(shù)、服務(wù)和課程，以推動(dòng)oneAPI在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的普及。

我們深知，要想真正普及高性能計(jì)算，還有很多工作有待完成。現(xiàn)階段我們正在做的事將使人們能夠在未來(lái)隨時(shí)隨地利用最新的高性能計(jì)算技術(shù)。

大規(guī)模制造：英特爾的IDM 2.0戰(zhàn)略

高性能計(jì)算普及化需要規(guī)模效應(yīng)。英特爾致力于提供推動(dòng)創(chuàng)新和增長(zhǎng)所需的組件和技術(shù)。通過(guò)英特爾IDM 2.0戰(zhàn)略的差異化優(yōu)勢(shì)，我們能夠帶領(lǐng)高性能計(jì)算客戶進(jìn)入創(chuàng)新、制造和產(chǎn)品領(lǐng)先的新時(shí)代。

我們正在快速執(zhí)行為期多年的 IDM 2.0戰(zhàn)略，這對(duì)我們的高性能計(jì)算客戶來(lái)說(shuō)，是個(gè)大好消息，因?yàn)槲覀兡軌蚶眯袠I(yè)領(lǐng)先的制造能力以及我們?cè)诜庋b技術(shù)方面的領(lǐng)先地位來(lái)設(shè)計(jì)最好的產(chǎn)品，并使用最好的IP，提供下一個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)代所需的產(chǎn)品。

我們堅(jiān)定不移地致力于實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算普及化這一承諾，為此我們也持續(xù)投入以推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步來(lái)解決最棘手的問(wèn)題。

當(dāng)我們?cè)絹?lái)越接近新一代超級(jí)計(jì)算機(jī)的時(shí)候，我們能取得哪些成就？我無(wú)比期待答案的揭曉。

 
Jeff McVeigh是英特爾公司副總裁兼超級(jí)計(jì)算事業(yè)部總經(jīng)理