加速器運用在全球優異超算中迅猛增長

2023-06-29 21:17:05 2

    2015 年 11 月 16 日， 2015 超級計算大會於美國德克薩斯州奧斯汀召開 。根據 2015 超級計算大會中的全球 TOP500 超級計算機榜單顯示，加速型系統正在塑造行業的未來。

    在全球 500 臺最強超級計算機的榜單上，加速型系統的數量首次突破 100 大關，提供的性能為 143 Petaflops，佔榜單性能總和的三分之一。在上榜的加速系統中，基於 NVIDIA Tesla GPU 的超級計算機佔 70 臺，其中包括 24 臺新近上榜系統中的 23 臺。這表明在過去五年裡，複合年增長率高達近 50%。 

    有三大原因可以解釋加速器為何越來越多地被高性能計算 (HPC) 行業所採用。

    首先，摩爾定律繼續放緩，迫使行業尋找新方法來更高效地提供計算性能。其次，包括大多數常用應用在內的數百款應用現已支持 GPU 加速。第三，現在即便是在加速器上投入一丁點也能夠大幅提升吞吐量，從而使超級計算數據中心和超大規模數據中心的效率得到最大限度的提升。 

    NVIDIA 聯合創始人兼執行長黃仁勳 (Jen-Hsun Huang) 表示:：「總有一天，所有的超級計算機都將得到加速。世界各地的一流超級計算設施均已轉投 GPU 加速計算陣營，這一點在今天的 TOP500 榜單上已得到體現。隨著研究探索的步伐加快、研究人員越來越依賴計算、機器學習以及可視化，我們預計這一趨勢一定會繼續增長。」 

    許多當今的全球優異系統均採用 NVIDIA Tesla 加速器，其中包括 10 個國家和地區中最快的超級計算機。其中不乏：美國最快的系統 Titan (位於橡樹嶺國家實驗室)、俄羅斯最快的系統 Lomonosov 2 (位於莫斯科國立大學) 以及歐洲最快的系統，即瑞士的 Piz Daint (位於瑞士國家計算中心)。 

摩爾定律放緩

    隨著電晶體的大小接近原子級，人們越來越難以在提升微型晶片性能的同時使功率或成本不會相應地增加。雖然整個行業無法再享受到每 1 年半翻一番的性能，但是計算的需求卻在繼續激增。這種情形促使人們越來越多地運用加速器。加速器能夠與 CPU 協同工作以提升科學和技術應用的性能。

數以百計的高性能計算應用支持 GPU 加速器

    自 2008 年以來，Tesla 平臺支持的科學、工程以及數據分析等應用的數量一直在穩步增長，目前已有 370 款 GPU 加速的應用。

    科技調研公司 Intersect360 Research 的一項最新研究顯示，在應用最廣泛的 50 款高性能計算應用中，近 70% 均支持 GPU 加速計算。在應用最廣泛的前 10 款應用中，90% 均支持 GPU 加速計算。其中包括 ANSYS Fluent 計算流體動力學應用、GROMACS 分子動力學應用以及今天單獨發布的 VASP。VASP 是一款原子模擬應用，世界各地的研究人員可以利用該應用來對單個原子的行為進行電子級建模。 

    Intersect360 Research 執行長Addison Snell 是這一研究報告的作者之一，他表示：「在高性能計算領域中，加速計算現已達到引爆點，而 NVIDIA 的 Tesla GPU 在加速計算市場中處於領軍地位。加速器的運用正在實現穩步增長，GPU 加速版本的優異 HPC 程序代碼也是如此。」

利用 GPU 提升數據中心吞吐量

    超級計算數據中心與超大規模數據中心建設起來會耗資數億美元。過去，摩爾定律的穩步發展讓這些數據中心能夠靠新款 CPU 來進行升級，以便滿足不斷增長的需求。現在，這種方法現已難以為繼。隨著 GPU 加速計算的問世，NVIDIA Tesla 加速器可以為這些大型數據中心的投資延長壽命，能夠提升吞吐量以滿足這些需求。  ■