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雖然全球高性能計算機500強（TOP500）排行榜在每年兩次的更新中都會將排名前十系統(tǒng)所獲取的靚麗性能成績作為展示重點，但在今天，大多數(shù)用戶對于這些單純的性能數(shù)據(jù)已是興趣不再，他們眼下更為關(guān)心的，是要在高性能計算系統(tǒng)功耗不出現(xiàn)大幅提升的前提下獲取更高的性能。畢竟，過去十多年來高達千倍的性能增長幅度已讓現(xiàn)有高性能計算系統(tǒng)架構(gòu)的發(fā)展?jié)摿�近乎枯竭，如果仍是以通用處理器平臺作為高性能計算系統(tǒng)的性能引擎，那么在達成下一個千倍的性能增長，即跨入百億億級（Exascale）計算時代之前，他們可能就因為支付不起高昂的電費而破產(chǎn)關(guān)門了。

面對這個難題，業(yè)界的共識是走向“異構(gòu)“，即在高性能計算系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)入專門為運行高并行度應(yīng)用負載而設(shè)計和優(yōu)化的處理器單元，在提升性能的同時確保較高的能效表現(xiàn)。GPGPU就是應(yīng)此需求而生的產(chǎn)物。不過，在開放架構(gòu)，特別是英特爾架構(gòu)平臺已在高性能計算領(lǐng)域高度普及的今天，要享受到GPGPU帶來的高性能和高能效，就得首先跨過應(yīng)用的遷移關(guān)——GPGPU的編程模式、工具甚至是編程語言均是隨其一同新生的，要掌握它們，并能利用它們對現(xiàn)有應(yīng)用進行改造和遷移，使之真正適合在GPGPU上運行，可是需要相當高的人力和時間成本的，僅軟件開發(fā)人員的重新培訓(xùn)，就需要至少近半年的時間。

就在高性能計算用戶正為系統(tǒng)“異構(gòu)”帶來的軟件遷移問題感到困撓時，來自英特爾公司的解決方案——至強融核協(xié)處理器開辟了另一條全新的路徑，它不僅能夠帶來與現(xiàn)有GPGPU方案相媲美的性能和能效，而且還無需用戶重構(gòu)其高性能計算應(yīng)用，以及無需讓其開發(fā)人員接受長期培訓(xùn)即可享受這些優(yōu)勢，從而引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注和熱烈響應(yīng)。
　　
“兩全其美”的至強融核
　　
其實，早在至強融核還不是一個成熟可用的產(chǎn)品，而是以其核心技術(shù)——英特爾集成眾核（MIC）架構(gòu)在兩年多前初次亮相時，它就理所當然地成為了焦點，原因就在于它是現(xiàn)階段惟一一個能夠帶來“兩全其美”應(yīng)用體驗的解決方案。

所謂兩全之一，就是具備較高的并行處理性能。有別于通用用途的至強處理器，至強融核協(xié)處理器是專為高性能計算中應(yīng)用越來越普遍的高并行化工作負載而開發(fā)，旨在全力加速這類應(yīng)用負載處理速度的產(chǎn)品。在最新款至強處理器浮點計算能力還停留在約150 GFLOPS時，至強融核旗下兩個產(chǎn)品家族——3100和5110的雙精度浮點運算性能已分別達到了1,000 GFLOP以上和1,011 GFLOPS，而設(shè)計熱功耗則分別為300瓦和225瓦。前者可以用于運行計算密集型工作負載，如生命科學(xué)應(yīng)用和金融模擬，后者則適用于數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建和能源研究等內(nèi)存密集型工作負載，可以說，在日常運行這些應(yīng)用負載的用戶面前，它們在性能方面都有著難以抵擋的誘惑力。

而兩全之二，則是能夠讓用戶能夠更為輕松、容易地對其現(xiàn)有的針對英特爾架構(gòu)開發(fā)的高性能應(yīng)用軟件進行優(yōu)化，使之能充分利用自己的性能潛力。這一點要得益于它采用了人們熟悉的和廣為接受的英特爾架構(gòu)，可以充分利用英特爾公司為這一架構(gòu)提供的、應(yīng)用已經(jīng)非常普及的編程語言、并行模式、技術(shù)和開發(fā)人員工具，來支持用戶優(yōu)化已有的、構(gòu)建于英特爾架構(gòu)平臺之上的高性能計算應(yīng)用代碼。

以上這“兩全”兼顧，就形成了至強融核獨一無二的應(yīng)用優(yōu)勢——其性能和能效既出眾，針對它優(yōu)化現(xiàn)有應(yīng)用的成本又低、耗時又短，見效又快，這就使得眾多高性能計算用戶開始對它產(chǎn)生強烈的興趣，并開始進行相關(guān)的測試和應(yīng)用。在今年11月與至強融核同期發(fā)布的最新高性能計算機500強排行榜上，就有7套上榜系統(tǒng)采用了這一創(chuàng)新產(chǎn)品，而且其中既包括了排名前十的系統(tǒng)，也包括了本屆TOP500榜單上能效最高的系統(tǒng)。

中國用戶見證至強融核優(yōu)勢
 
就在至強融核亮相于新一期TOP500榜單的同時，四家來自中國的重量級高性能計算用戶也發(fā)布了他們對于這款協(xié)處理器的測試心得，這還是中國用戶首次就其應(yīng)用體驗發(fā)表見解。

這四家用戶中，有兩家是國內(nèi)石油勘探領(lǐng)域中應(yīng)用高性能計算技術(shù)的翹楚，即中國石化石油物探技術(shù)研究院和中國石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司。另外兩家則是國內(nèi)權(quán)威的科研機構(gòu)——中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所和中國科學(xué)院過程工程研究所。

兩家石油行業(yè)的用戶都使用了各自最新的石油勘探用高性能計算應(yīng)用和算法對至強融核進行了測試，結(jié)果是：中國石化石油物探技術(shù)研究院的疊前深度偏移應(yīng)用在單個至強融核計算節(jié)點（雙路至強E5+雙至強融核協(xié)處理器）上運行時的性能，要比在優(yōu)化后的單個雙路至強E5計算節(jié)點上運行時提升高達2.53倍，而與未經(jīng)優(yōu)化的單個雙路至強E5計算節(jié)點相比，兩個至強融核計算節(jié)點則可實現(xiàn)相當于其10.3倍的性能；中國石油東方地球物理勘探有限責(zé)公司的疊前時間偏移應(yīng)用在單個至強融核計算節(jié)點上的運行性能，也是其在單個優(yōu)化后雙路至強E5計算節(jié)點上運行時的3.86倍。
　　
值得一提的是，在至強融核上獲得上述性能提升并沒有讓這兩家用戶付出更多的軟件調(diào)優(yōu)成本，中國石化石油物探技術(shù)研究院副院長兼總工程師趙改善就指出，在測試時他們在至強融核計算節(jié)點上沿用了與至強E5計算節(jié)點相同的編程方法、MKL庫、DFT程序和源代碼。因此這一成績的獲得進一步展示了至強融核優(yōu)良的擴展性能，證明它可“大大提升中石化的iCluster地震資料成像系統(tǒng)的處理能力”。 中國石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司物探技術(shù)研究中心副總工程師陳維也斷言：“至強融核處理器將會在地震勘探數(shù)據(jù)處理中具有廣闊的應(yīng)用前景”。
　　
上述兩家來自科研領(lǐng)域的用戶，也在至強融核協(xié)處理器的測試中獲得了與石油行業(yè)用戶類似的體驗。中科院計算所所做的測試是基于時域有限差分法的電磁仿真計算，它在單個至強融核PCI-E插卡上實現(xiàn)的性能，相當于單個優(yōu)化后雙路至強E5平臺的1.28倍，比未經(jīng)優(yōu)化的雙路至強E5平臺，其性能提升更是高達3.2倍。中科院過程所進行的測試則是用于化學(xué)、生物物理領(lǐng)域，旨在分析粒子間相互作用的IPE分子動力學(xué)模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單個至強融核PCI-E插卡的性能表現(xiàn)，相當于優(yōu)化后雙路至強E5平臺的1.98倍，而與未經(jīng)優(yōu)化、單路單線程的至強E5平臺相比，性能提升更是高達157.76倍。

同樣，在領(lǐng)略了至強融核帶來的性能優(yōu)勢的同時，兩家科研領(lǐng)域用戶也對其軟件優(yōu)化的便利性大加贊賞。中科院計算所高性能計算機研究中心主任張佩珩表示：“時域有限差分算法通過輕松的移植和簡單的并行優(yōu)化，在英特爾至強融核協(xié)處理器上獲得了很好的擴展性和較高的性能提升，同時保證了代碼一致性和可維護性，大大節(jié)約了時間和人力成本。”中科院過程所身兼中國顆粒學(xué)會理事一職的研究員、博士生導(dǎo)師葛蔚則指出：“MIC作為一種x86架構(gòu)的眾核處理器，其編程模式能夠大大減少串行程序到眾核程序移植的工作量，對于一些簡單移植甚至能夠接近‘0工作量’，并且可以利用大量CPU上原有的調(diào)優(yōu)工具，為用戶移植代碼提供了很大方便。”

相信上述用戶對于至強融核的測試，以及對其應(yīng)用優(yōu)勢的見證將掀開這款創(chuàng)新產(chǎn)品在中國廣泛應(yīng)用的開端，或許在未來一兩年內(nèi)，就會有更多中國用戶分享它們在至強融核上獲取的出色體驗，他們還很可能于2020年前，在英特爾公司的支持下，通過采用至強處理器平臺、至強融核產(chǎn)品線和與之相配套的更多先進技術(shù)，順利跨入百億億級高性能計算的時代。（IT168）