鄧培智

如果說之前大家還對(duì)CPU+GPU架構(gòu)在高性能計(jì)算領(lǐng)域的能力有所質(zhì)疑，那么現(xiàn)在毫無疑問的是，未來的超級(jí)計(jì)算機(jī)和高性能計(jì)算將由CPU+GPU的架構(gòu)構(gòu)成。什么是超級(jí)計(jì)算機(jī)和高性能計(jì)算?一提到這兩個(gè)概念，大部分人在第一時(shí)間都會(huì)想到“曙光”、“銀河”，“深藍(lán)”之類的超大型計(jì)算機(jī)。但是隨著CPU性能的提升，隨之而來的是發(fā)熱量和功耗等方面的問題，現(xiàn)在的超大型集群出現(xiàn)了兩個(gè)困境：一個(gè)是空間的限制，另外一個(gè)就是預(yù)算投入的無止境。例如，最新一期全球500最強(qiáng)超計(jì)算機(jī)的第一位走鵑(Roadrunner)擁有130536個(gè)計(jì)算核心，要想擁有這只“小鳥”，企業(yè)無論在投入還是供電方面，都得留下巨額的預(yù)算。

什么是CPU+GPU的計(jì)算架構(gòu)?就是在采用CPU進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮GPU的多核心優(yōu)勢(shì)，將運(yùn)算分門別類地進(jìn)行分工，讓CPu和GPU各自處理優(yōu)勢(shì)運(yùn)算。比如，我開一個(gè)賣Pizza的小店，用CPU計(jì)算的方式就是買一輛面包車，今天有20家需要送Pizza，我就讓面包車帶著所有的Pizza挨家送貨，到了最后一家的時(shí)候可能Pizza涼了。如果是GPU的工作方式，就是用買一輛面包車的錢買20輛自行車，每輛自行車都載著Pizza，然后同時(shí)出發(fā)。兩個(gè)方式相比，在同樣的成本下，后者可以在第一時(shí)間問時(shí)完成大規(guī)模的并行任務(wù)?？梢姴捎貌⑿杏?jì)算的概念可以在成本，性能和功耗等多個(gè)方面都超越只使用串行方式進(jìn)行處理的計(jì)算模式?，F(xiàn)在的科研院所，在配備超級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)，通常是一個(gè)研究機(jī)構(gòu)配備一臺(tái)以CPU集群為基礎(chǔ)的大型超級(jí)計(jì)算機(jī)，所有的研究人員根據(jù)自己的研究項(xiàng)目進(jìn)展提前進(jìn)行預(yù)約，這樣在進(jìn)行研究時(shí)的靈活性會(huì)受到很大限制。而采用GPU的超級(jí)計(jì)算機(jī)就可以更好地滿足這類需求，通過配備NVIDIA Tesla GPU的個(gè)人超級(jí)計(jì)算機(jī)，科研院所可以達(dá)到在投入基本不變的情況下，人手一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，相對(duì)于普通計(jì)算機(jī)在綜合效率上達(dá)到10～100倍的提升!

去年，東京工業(yè)大學(xué)采用170顆Tesla GPU組成了Tsubame超級(jí)計(jì)算機(jī)，當(dāng)年取得了全球500強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)排名第29名的好成績(jī)!在國(guó)內(nèi)，吉星吉達(dá)也與NVIDIA一起推出了一款基于Tesla GPU的、面向石油天然氣勘探領(lǐng)域的全新硬件與軟件解決方案。與傳統(tǒng)CPU集群相比，這個(gè)解決方案可以用更低的成本實(shí)現(xiàn)100-400倍速度提升，同時(shí)將功耗降低95％。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有十多所高校開設(shè)了應(yīng)用GPU進(jìn)行編程CUDA課程，為進(jìn)～步普及GPU并行計(jì)算打下了的基礎(chǔ)。可以預(yù)見，未來的大型計(jì)算機(jī)和高性能運(yùn)算領(lǐng)域必將因?yàn)镚PU這個(gè)擁有并行計(jì)算能力的“神奇小子”而更加精彩。