就目前处理器和系统的每秒浮点运算速度而言摩尔定律还没有发展到极限,但在大多数软件甚至先进的科学计算软件所提供的可用性方面,似乎已经发展到了极点。
目前,大部分科学计算工作量已经转移到了商用Linux群集系统上,包括商用服务器、商用网络和商用存储设备。与此同时,像Cell宽带引擎(Cell BE)这样新颖的多核处理器架构,也显示出驻流在入门级服务器中的强大计算能力的潜力(每秒几百亿次浮点运算速度),即2~4个处理器。
而事实上,正如IDC公司的Earl Joseph在一份有关科学计算软件的研究报告中总结的那样,目前的许多ISV代码只能适应到32个处理器,而业界一些更重要的代码适应性不会超过4个处理器。他的研究还发现,即使供应商对其代码进行并行化或调整处理,重新制定架构和重新编写代码的成本相对预期市场收益也太高。
进入Roadrunner时代
Roadrunner将是世界上第一款基于Cell BE的超级计算机。当它被研制成功并于2008年在Los Alamos国家实验室运行时,它的峰值速度将超过1600万亿次计算/秒。
Roadrunner将是第一个混合计算架构产品,它完全采用普通商用器件设计,包括基于AMD Opteron的服务器,基于Cell BE的加速器以及Infiniband互连。标准处理部分(如文件系统的输入/输出)由Opteron处理器完成,而更多计算性和CPU任务被转到Cell BE处理器上完成。
为了使这种复杂的架构可用于绝大部分高级科学仿真应用开发人员,系统开发的很多工作将集中在编程方法论和相应的应用框架和工具上。
程序激活应用编程界面非常简单,而且易于扩展,设计当初就考虑到利用不同类型的内存和I/O子系统,同时能防止开发人员修改隐藏的实现细节。重点还表现在激活内核,有效的分散/聚集不同拓扑的内存操作,避免让开发人员看到类似于计算和通讯覆盖这样的应用。
库开发人员可以使用为Roadrunner研发的框架来将内核综合为多核及存储器分层库。应用研发人员随后可使用标准编译器和链接器技术链接到这些库中。不用引入新的语言就能覆盖大量内核架构的一致性API和方法论,因而可以限制代码维护的成本。
Roadrunner并非国家实验室超级计算机方面的单一定制项目,它也代表着一种新的架构。其潜在用途包括:
-金融服务。通过实时计算资金市场的起因和效果,超级计算机可以及时地预测整个市场中股票变化的连锁反应。
-数字动画。强大的超级计算能力将允许电影制造商真实地创建角色和情节,从而将动画和真人拍摄电影之间的界限缩小。
-基于信息的医学。通过用于肿瘤检测的在线分析,以及对历史数据和实时患者数据进行比较,将实时显示组织与骨骼结构的复杂3D透视图。实时的患者数据的合成能用于生成与有关身体状况有关的预警信息。
-石油和天然气生产。超级计算机能用于绘制出地下的地形,模拟水库,并由现场的科学家对直观获得的数据进行分析。
-纳米技术。超级计算机有望推动器件构建学的进步,如电子电路及由单个原子和分子构成的器件。
-蛋白质研究。超级计算机可被用于揭示疾病产生的原因,如何测试这些疾病,以及如何研发治疗和治愈方案。
当架构变得越发复杂；当超级计算能力变成为常用商品；当研发人员希望从软件中获得更多性能,而不再需要依赖过去流行的“频率冲击”率时,我们专注于保持应用开发的简单性。通过回到更简单的编程方法,软件将能够赶上硅技术的进步,台式电脑的万亿次计算能力将成为一种有用的且可预见的技术成就。
作者:Catherine Crawford
Quasar设计中心下一代系统软件首席架构师
IBM系统集团
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