中共中央宣扬部托付新华通讯社主办

超算排行榜是这样“算”出来的

2019-06-21 09:34
来历:科技日报

6月17日,新一期全球超算500强榜单出炉,当选500强的一切超算浮点运算速度都打破每秒千万亿次,我国超算也在前四占有两席方位。

一般核算机用指令运算速度衡量核算功能,而超算一般用浮点运算速度来衡量其功能。那么,什么是浮点运算速度,超算榜单为什么会挑选浮点运算速度来进行比较?500强特别是前十的超算,科学家们都在想哪些办法让浮点运算速度越来越快?节能环保是对超算的另一衡量方针,超算要节能环保,最新的研讨思路和完成战略又有哪些?6月19日,科技日报记者带着这些问题,造访了业界相关专家。

浮点运算速度 衡量超算功能的基准程式之一

“超级核算机被称为‘国家重器’,归于国家战略高技能范畴,是国际各国竞比较赛的科技最高点。现在,高功能核算机范畴市场竞争日趋激烈,美国、欧洲、日本和我国都在加快超级核算机的研发。”国家超级核算无锡中心主任杨广文说。

“浮点运算速度是指核算机体系每秒能够处理的浮点操作,一般用FLOPS来表明。”江南大学物联网工程学院副院长柴志雷副教授说,超算榜单挑选浮点运算速度作为比照参阅,是因为超级核算机首要用于科学核算范畴,而这些范畴的核算首要选用浮点数。

江苏理工学院核算机工程学院副院长范洪辉副教授告知记者,浮点是指小数点方位不固定的数,它们履行的算术运算会耗费很多核算资源并或许发生差错,所以单位时刻内浮点运算的次数,是衡量超算功能的基准程式之一。

常州信息作业技能学院软件与大数据学院钱银中博士表明,核算机只能存储和处理整数,经过整数乘以某个基数的整数次幂,是核算机表明实数尤其是小数的办法。

“浮点运算在运管用巨细改动规划很大的场合能够完成很高的核算精度,是科学研讨中的典型运算。大多数处理器中,都有专门处理浮点运算的浮点运算单元(FPU),FLOPS便是浮点运算单元的履行速度。”钱银中说。

我国高功能核算要点研发专项全体组组长、中山大学数据科学核算机学院院长钱德沛表明,选用浮点运算速度作为超算运算才能的点评规范,是因为科学工程核算软件中包含了很多的浮点数运算,浮点运算速度快的核算机一般也能够更快运转相关的科学工程核算软件。

把杂乱的作业细分 超算界没有最快只要更快

超级核算机具有很强的核算和处理数据的才能,首要特色表现为高速度和大容量,配有多种外部和外围设备及高功能软件体系。现有的超级核算机运算速度,大都能够到达每秒一万亿次以上。

常州信息作业技能学院电子工程学院牛杰博士介绍,超级核算机的立异规划在于把杂乱的作业细分并分配给不同的处理器。依据阿姆达尔定律,超级核算机的规划都会集在削减软件序列化、用硬件在瓶颈上加快。

现在,国际排名前十的超算,底子都是经过优化CPU(中央处理器)与GPU(图形处理器)之间的衔接网络结构来进步GPU和协处理器功能,添加内存容量、扩大存储容量、增大网络带宽、凭借运算加快卡等办法进步算力,终究在高功能核算体系、网络架构、体系软件、运用支撑等要害技能上取得打破。

柴志雷以为,进步超级核算机体系的浮点处理才能,不是单纯让浮点运算自身更快,而是从整个体系的视点,进步芯片工艺,优化体系架构、节点核算功能、存储拜访功能、节点间通讯等,然后使得体系的全体才能得到进步。现在,还常常选用在体系中添加加快器等办法,来取得更高核算功率。

钱银中介绍,完成超算的技能有大规划并行核算法,这种办法使多个处理器一同作业,每个处理器处理一个大问题中的不同使命。这种办法有两种完成途径:一种是网格核算法,多个核算机衔接成涣散的散布式结构,分属不同的操控区域,当需求核算机时从中择机挑选;另一种是把处理器安排为联络严密的集群。现代超算运用无限带宽体系、三维环面互连等技能,在大规划并行体系中进步集群的速度和灵活性。

国家超级核算无锡中心先进制作部部长任虎介绍,现在,进步浮点运算速度的办法首要有:进步芯片核算中心的时钟频率,添加芯片中核算中心的数量,经过多流水线、乘加交融(FMA)等技能添加单位时刻内处理浮点运算的才能。

例如,曙光星云选用了自主研发的超并行处理体系结构、威风蓝光超算选用了大规划并行处理体系结构、银河一号选用了多阵列可装备协同并行体系结构、银河二号选用了自创的新式异构多态体系结构。此外,互联网络、存储、体系软件、运用软件、电源和冷却等体系都对超算的功能有着重要的影响,所以超算的国际里没有最快,只要更快。

Green500 超算界针对能效的排行榜

“节能环保是衡量超算的另一方针。超算中心是高功能核算机的规划运用,功率密度高,且长时间运转在高负荷率条件下,耗能极高。经过优化软硬件装备的确能下降一部分功耗,但最底子源头是要研发核算功能优异且超低功耗的高功能处理器。现在,怎样完成低能耗的超算是全球科学家研讨的抢手问题。” 范洪辉告知记者。

牛杰介绍,超算界还有一种被称为“Green500”的排行,便是以核算机每瓦功耗能够供给的核算速率为方针,针对超级核算机能效的排行榜。

从历年的评测成果来看,刀片服务器一般比集群式服务器更节能,被广泛运用在超算体系中。Green500排名靠前的前三大体系都选用了PEZY加快器,而前十大的其他体系则运用NVIDIA GPU作为加快器。其间,PEZY体系选用的是液体冷却办法,也便是说,整个体系浸没在液体中,这比透过板载空气或水更具有节能功率。

超算深腾7000能够实时定位核算机的热源散布和结构特色,选用撤销悉数电扇、在每套机柜内装置喷淋蒸腾冷却循环体系的办法,完成了产品的施行。该项目与传统的风冷、水冷技能比较,具有冷却功率高、温度散布均匀、低噪音、低功耗、可靠性高级长处。

相对风冷,我国的“威风蓝光”超算中心,使用杂乱的水冷体系,完成CPU、内存、元器材的冷却并带走热量,几乎不损耗水且无噪音,先进环保,就像三明治夹心,水冷板被紧紧地夹在两块CPU板中心,无缝同步散热。

怎样让超算完成低能耗?柴志雷以为,低功耗核算也是超级核算机研发的重要方面,从芯片制作、架构规划、软件规划多个层次都需求做很多的作业。比方在架构规划上,能够经过添加异构加快单元,进步体系的能效比。

范洪辉提出,要点应下降每个部件的耗能,尤其是CPU的能耗。一起要改进存储器材的规划,削减数据跋涉的间隔;让高功能存储器向三维扩展而不是朝二维延伸;超算要与闪存结合,来改动电压或频率等节约功率;其次,能够选用包含能模仿大脑内神经元操作的神经形状电路或量子核算形式,创造出新式的核算机,比方生物核算机和量子核算机。

令人欣慰的是,我国正在经过多方面发力,让超级核算机更节能环保。例如,曾获我国专利奖优秀奖的“根据物联网技能的数据中心动力环境监测体系”,选用超低功耗的无线数据收集技能、三维建模及虚拟仿真技能、智能剖析技能等,有用消除了机房内部分抢手,处理了功耗特别大的难题,完成超算中心安全安稳和节能的方针。

责任修改:常磊

抢手引荐