Intel Xeon Phi協(xié)處理器家族，5110P和定制產(chǎn)品SE10P采用被動(dòng)散熱，適用于數(shù)據(jù)中心;3100系列有被動(dòng)散熱和主動(dòng)散熱兩種方案，后者適合于任何環(huán)境，包括工作站

雖然在消費(fèi)市場(chǎng)上遭遇ARM的強(qiáng)勢(shì)挑戰(zhàn)，公司市值亦首度被高通超越，但英特爾還有企業(yè)級(jí)市場(chǎng)作為堅(jiān)強(qiáng)后盾。至強(qiáng)家族在服務(wù)器和存儲(chǔ)市場(chǎng)不斷蠶食RISC的領(lǐng)地，同屬x86陣營(yíng)的AMD也被逼得向ARM遞上“投名狀”。

想想十多年前，還是RISC統(tǒng)治數(shù)據(jù)中心，x86把持桌面計(jì)算?，F(xiàn)在形勢(shì)幾乎反轉(zhuǎn)，前端的消費(fèi)者市場(chǎng)，ARM攜智能手機(jī)和平板市場(chǎng)上的成功威脅PC，并伺機(jī)進(jìn)攻后端的企業(yè)級(jí)市場(chǎng)，欲重復(fù)當(dāng)年x86的逆襲故事。正所謂“兵無(wú)常勢(shì)，水無(wú)常形。”同一時(shí)代的技術(shù)往往沒有絕對(duì)的優(yōu)劣之分，看誰(shuí)更善于利用形勢(shì)，與時(shí)俱進(jìn)，才是長(zhǎng)盛之道。

Intel Xeon Phi 協(xié)處理器以PCI Express(PCIe)插卡的形式配合英特爾至強(qiáng)(Xeon)CPU使用

要說(shuō)在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)，英特爾還是很趕潮流的。去年云計(jì)算，今年大數(shù)據(jù)，不是最早鼓吹的那個(gè)，但也不算落伍。按理，云計(jì)算和大數(shù)據(jù)能夠成為大眾話題，基礎(chǔ)設(shè)施層面上，離不開x86的遍地開花，可是，每當(dāng)英特爾往大數(shù)據(jù)上靠，總有人感覺不習(xí)慣。

英特爾表示，Xeion Phi 協(xié)處理器內(nèi)核在P54C基礎(chǔ)上加入了很多功能，包括64位支持?，F(xiàn)在內(nèi)核加上L2緩存，只有不到2%是x86成分(x87 Logic)

記得今年7月第二屆大數(shù)據(jù)世界論壇，有記者朋友走進(jìn)會(huì)場(chǎng)，看到Intel的Logo，驚呼“英特爾和大數(shù)據(jù)有什么關(guān)系啊?”遂在微博上引發(fā)一番Hadoop知識(shí)普及的大討論(當(dāng)然，不能把Hadoop與大數(shù)據(jù)劃等號(hào))。上個(gè)月，英特爾在介紹其至強(qiáng)融核(Xeon Phi)處理器時(shí)，將HPC(高性能計(jì)算)與大數(shù)據(jù)聯(lián)系到一起，又引起了同行的反彈。

我寧愿把這理解為對(duì)近來(lái)業(yè)內(nèi)談及趨勢(shì)時(shí)必稱“大數(shù)據(jù)”的反感。如果拋開這一層，不消英特爾多說(shuō)，前一陣與幾位圈中好友私下討論時(shí)，已然認(rèn)同以Hadoop為代表的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，與高性能計(jì)算在模式上頗有共通之處——高度并行，從計(jì)算到I/O。

從計(jì)算到存儲(chǔ)，大數(shù)據(jù)與高性能計(jì)算很相似

隨后，在10月底公布的中國(guó)HPC TOP100排行榜上，前10名中，有4個(gè)安裝在互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，而在總體上，應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的系統(tǒng)多達(dá)35套，占35%，在各行業(yè)中保持第一，比例有大幅度躍升。

我們不是說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)就意味著Hadoop，或者大數(shù)據(jù)，但起碼它們的應(yīng)用類型更為接近，而與科學(xué)計(jì)算等“傳統(tǒng)意義”上的科學(xué)計(jì)算距離較遠(yuǎn)。一定程度上，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)/大數(shù)據(jù)應(yīng)用拓展了HPC的勢(shì)力范圍，幫助后者從象牙塔走出來(lái)，滲透到普通人生活的方方面面。

順著這個(gè)話頭說(shuō)開去，我們正處在一個(gè)加速轉(zhuǎn)向并行處理的時(shí)代。CPU強(qiáng)調(diào)多核和多線程自不必說(shuō)，硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)面臨被固態(tài)盤(SSD)部分乃至全部取代的危險(xiǎn)，也體現(xiàn)了同樣的道理。英特爾在為SSD造勢(shì)時(shí)，給硬盤列的一大罪狀就是，十年間性能只提高了1.3倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于CPU的進(jìn)步幅度。對(duì)硬盤的評(píng)價(jià)有點(diǎn)兒偏頗，這里不細(xì)究，但是抓住了關(guān)鍵，即硬盤多年來(lái)都是同一時(shí)刻只有一個(gè)磁頭工作，并行度很差，改善性能基本只能靠加快機(jī)械部件的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，所以效果很有限。SSD則不然，雖然每個(gè)閃存芯片的性能和容量都不算高，但可以多個(gè)芯片(控制器多通道)同時(shí)讀/寫，具有很高的并行度，性能很容易就甩開硬盤好幾條街。

HPC市場(chǎng)的年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)接近于云

雖然性能幾乎不隨著容量增長(zhǎng)，但是硬盤在容量和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)仍非SSD所能企及。硬盤的并行度不行，那就盡量避免讓它同時(shí)干兩件事(減少隨機(jī)訪問)。譬如說(shuō)，我的辦公環(huán)境是在虛擬機(jī)里運(yùn)行Outlook，關(guān)閉Outlook和關(guān)閉虛擬機(jī)，都要向硬盤上大量寫入數(shù)據(jù)。如果執(zhí)行了關(guān)閉Outlook的動(dòng)作，不等數(shù)據(jù)文件寫完，立刻關(guān)閉虛擬機(jī)，那么兩個(gè)寫操作就有部分重合，關(guān)機(jī)時(shí)間會(huì)很長(zhǎng);如果先等待Outlook完全關(guān)閉，再關(guān)閉虛擬機(jī)，那么總共花費(fèi)的時(shí)間，能夠明顯的縮短。也就是說(shuō)，在一個(gè)缺乏并行度的體系內(nèi)，完全串行的執(zhí)行兩個(gè)任務(wù)，所需時(shí)間要比在兩個(gè)任務(wù)之間來(lái)回切換，要來(lái)得短。(1+1<2?)

硬盤的并行能力雖差，但是多個(gè)硬盤同時(shí)工作，就能夠兼顧并行訪問和大容量，存儲(chǔ)系統(tǒng)(RAID)和Hadoop就是這么做的。

TACC的Stampede系統(tǒng)在新鮮出爐的HPC Top500排行榜上排名第7，得益于數(shù)千塊定制的Xeon Phi 協(xié)處理器SE10P

如果需要極致的并行訪問能力，就像剛剛過(guò)去的雙11淘寶數(shù)據(jù)庫(kù)，一天下來(lái)僅成交的交易就上億，離了高性能的PCIe SSD，是無(wú)法想象的。

以上想說(shuō)明什么?并發(fā)度，組合。硬盤不是為并發(fā)訪問設(shè)計(jì)的，但在順序訪問時(shí)，輸出(throughput)并不比SSD差太多，且在容量和價(jià)格上占有優(yōu)勢(shì)。對(duì)并行度要求不太高的時(shí)候可以用硬盤組合，隨著并行訪問要求的提高，引入SSD，乃至完全依靠SSD。

Intel Xeon Phi 協(xié)處理器SE10P

但是，在Hadoop系統(tǒng)中，硬盤仍然占據(jù)主流，SSD相對(duì)少見，每個(gè)節(jié)點(diǎn)配的內(nèi)存容量也不是很大——雖然商業(yè)領(lǐng)域在倡導(dǎo)“內(nèi)存計(jì)算”。互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的文化是盡可能不依賴昂貴的硬件，利用整體架構(gòu)來(lái)分布任務(wù)。與金字塔尖上的超級(jí)計(jì)算系統(tǒng)相比，他們屬于平民版的HPC，講究投入產(chǎn)出比，可復(fù)制性更高。

我在TACC上機(jī)操作，可以看到Intel Xeon Phi 協(xié)處理器SE10P的信息，包括61個(gè)內(nèi)核及8GB GDDR5內(nèi)存，注意下面TACC Stampede和MIC協(xié)處理器的顯示

現(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)說(shuō)計(jì)算。x86 CPU的并行度非硬盤可比，但在高度并行化設(shè)計(jì)的GPU面前，差距又很明顯。剛剛奪得新一期全球Top500榜單頭名的Titan系統(tǒng)，制勝法寶便是Nvidia Tesla K20X GPU加速芯片。

新鮮出爐的Top500榜單前10名，注意第1、7和8名

得克薩斯高級(jí)計(jì)算中心(TACC)的Stampede系統(tǒng)，采用戴爾PowerEdge C8220X，至強(qiáng)E5-2680 8核CPU與Intel Xeon Phi協(xié)處理器的混合系統(tǒng)，小勝兩年前的頭名——也是CPU + GPU的天河1號(hào)A，但與Titan系統(tǒng)還差得遠(yuǎn)。

TACC的Stampede系統(tǒng)采用了6400臺(tái)戴爾PowerEdge C8220X刀片服務(wù)器，每一個(gè)刀片配備了2個(gè)8核Intel Xeon E5-2680處理器和32GB內(nèi)存

英特爾自家的GPU是薄弱環(huán)節(jié)，又不可能坐視甚至扶植AMD或NV的GPU做大，反對(duì)CPU+GPU的混合系統(tǒng)是很自然的。英特爾的方案是，以Xeon Phi作為協(xié)處理器，替代GPU，輔助CPU處理高度并行的任務(wù)。GPU派攻擊協(xié)處理器的性能，英特爾則強(qiáng)調(diào)引入GPU需要大量重新編程，通用性不好。這方面口水戰(zhàn)甚多，我對(duì)HPC的了解有限，更非編程專家，這里就不拾人牙慧，主要探討下英特爾的做法。

戴爾PowerEdge C8220X刀片服務(wù)器

首先，英特爾強(qiáng)調(diào)至強(qiáng)E5是HPC的基石。這里面又有好幾層意思，一是x86 CPU中，E5占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。CPU + GPU，后者再給力，也不能放任前者拖后腿。AMD的Opteron雖然內(nèi)核數(shù)更多，但總體上處于下風(fēng)。另外，至強(qiáng)E5平臺(tái)集成了PCI Express，摟草打兔子，配合PCIe接口的Xeon Phi，可以進(jìn)一步縮短延遲。

在英特爾宣布將要推出Xeon Phi(當(dāng)時(shí)稱MIC)協(xié)處理器之后，Nvidia方面撰文稱“沒有免費(fèi)的午餐”(指MIC運(yùn)行x86程序無(wú)需更改代碼是無(wú)稽之談)。英特爾并行編程傳播總監(jiān)James Reinders不無(wú)幽默地回應(yīng)道，并行編程很重要，但沒人能獲得免費(fèi)的午餐。

英特爾與Nvidia一樣很清楚，目前的很多程序都是串行編程，需要盡可能的并行化，才能充分發(fā)揮GPU或Xeon Phi協(xié)處理器的并行計(jì)算能力。不過(guò)，James Reinders強(qiáng)調(diào)，并行化編程對(duì)挖掘CPU的潛力也很有幫助。

至強(qiáng)CPU采用為Xeon Phi 協(xié)處理器開發(fā)的并行化代碼后，性能可有上百倍的提升

他舉了一個(gè)SAXPY(Scalar Alpha X Plus Y，純量乘法與矢量加法的組合，是并行向量處理器中常用的計(jì)算操作指令)的例子，經(jīng)過(guò)并行化的代碼運(yùn)行在Xeon Phi上，340.6倍于運(yùn)行串行化代碼的6核至強(qiáng)E5-2600。但當(dāng)至強(qiáng)E5運(yùn)行的代碼也經(jīng)過(guò)并行化編譯之后，這個(gè)倍數(shù)(Xeon Phi對(duì)E5-2600)就急劇下降到2.3。

單Xeon Phi 協(xié)處理器(右側(cè))對(duì)雙至強(qiáng)E5(左側(cè))的性能提升

英特爾旨在說(shuō)明，像Xeon Phi這樣的高度并行設(shè)備需要高度并行編程，而至強(qiáng)E5這樣的(普通并行)處理器也可以從中獲益。并行時(shí)代，本來(lái)就要并行編程。James Reinders拋出了一個(gè)問題：你想用同樣的語(yǔ)言、并行編程模型和類似的工具來(lái)滿足高度并行的需求么?

另一些情況下，Xeon Phi 協(xié)處理器帶來(lái)的性能提升可達(dá)10倍

TACC的Jay Boisseau認(rèn)為，用戶都想不用付出(改變代碼)就獲得性能躍升，但當(dāng)他們(為了提升性能)做了不愿做的事，還被鎖定在特定的硬件架構(gòu)(指GPU)會(huì)怎樣?至強(qiáng)Phi在通用并行計(jì)算的每瓦性能上還是不好，但很大程度上解決了硬件特定編碼的問題，可以用Fortran、C、C++，編程不受限制。至強(qiáng)Phi運(yùn)行串行應(yīng)用會(huì)慢，所以要搭配至強(qiáng)E5工作。

總之，Xeon Phi結(jié)合了高級(jí)的性能和標(biāo)準(zhǔn)CPU編程模型的好處，這是Stampede系統(tǒng)選擇它與至強(qiáng)E5組合的主要原因。

至強(qiáng)CPU與Xeon Phi 協(xié)處理器搭配工作的幾種情況

每個(gè)用戶，選擇一個(gè)特定的解決方案，總有其充足的理由。至于不遠(yuǎn)的將來(lái)，至強(qiáng)CPU與Xeon Phi協(xié)處理器的搭配，能否在Top500排行榜上擊敗CPU + GPU的組合，乃至登上王座，不是我能判斷出來(lái)的。

我的看法是，大數(shù)據(jù)雖然有被炒爛之虞，但英特爾將大數(shù)據(jù)作為并行計(jì)算的范例，甚至與HPC聯(lián)系在一起，未必只是心血來(lái)潮，亂搭熱門概念的順風(fēng)車。Xeon Phi真正投入市場(chǎng)也要2013年初了，短時(shí)間內(nèi)很難與在傳統(tǒng)HPC領(lǐng)域已有相當(dāng)積累的CPU + GPU組合架構(gòu)爭(zhēng)鋒(分走一塊市場(chǎng)還是可以的)。可是，在范圍更為廣闊的大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，特別是大量采用英特爾至強(qiáng)平臺(tái)搭建Hadoop集群的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)市場(chǎng)，Xeon Phi(較之GPU)在兼容性上的優(yōu)勢(shì)可能頗具吸引力。如果這個(gè)市場(chǎng)接受了英特爾的理念，也許會(huì)在(廣義的)HPC市場(chǎng)起到“農(nóng)村包圍城市”的效果……

類似的事情，英特爾以前做到過(guò)，ARM正在做，未來(lái)?就交給未來(lái)吧，瞎猜就此打住。

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