异构计算：Exascale百亿亿次新模式！

    ● 异构计算模式

    过去十年间，利用x86架构处理器的经济性优势的机群成为高性能计算系统的主流机型，全球高性能计算服务器市场的规模从2000年初的50亿美元倍增至2010年的95亿美元。主导模式已经变为通过部署包含更多标准x86中央处理器内核的规模更大的机群来达到更高的峰值性能。

    但是从设计角度讲，x86处理器根本无法良好地处理所有的高性能计算应用，并且 散热和功耗在数年前就已经制约了x86单线程的性能。人们日益认识到，虽然x86处理器路线图展现了巨大的进步潜力，但是单纯依赖x86处理器的模式无法有效地应对这十年中与实现百亿亿次级计算相关的挑战。

    近年来，另一种可应对这些挑战的“异构计算”替代模式在市场上占尽先机。这种新兴模式 通过加速器 (主要是GPGPU,因此也可称之为图形处理器) 增加了x86中央处理器的效能，这样每种处理器就能专注于自己擅长的工作。图形处理器尤其擅长于处理海量代码和代码片段，体现出来了巨大的数据或线程级并行性。这就使得图形处理器继承了矢量处理器的衣钵，但是图形处理器更为出色，不仅具有更大的规模经济性，同时还更具竞争优势。IDC研究表明全球个人电脑市场仅对于独立显卡的需求规模就在2010年达到了大约40亿美元。

    异构计算模式在整个高性能计算市场有着良好的表现。IDC针对高性能计算处理器的2008年全球研究表明，9%的高性能计算机构正在已部署的系统内使用除了中央处理器之外的某种形式的加速器技术。IDC在2010年实施了一次相同的研究，发现情况已经显著不同。加速器技术已经有了很大的发展。此时，28%的高性能计算机构已使用了加速器技术，该数据相比于两年前增加了两倍，几乎所有的加速器都是图形处理器。虽然图形处理器仅占异构系统处理器总量的5%，但是其数量仍在不断增加。

    异构计算正在对高端高性能计算市场造成最大程度的冲击。图形处理器于2008年首次出现在全球超级计算机机构的500强榜单中(www.top500.org)。截至2011年6月，该榜单上排名前十的系统中有三个已经部署了图形处理器。2011年10月，美国能源部的Oak Ridge国家实验室宣布打算将业内知名的美国超级计算机升级为后继系统 (“Titan”),  新系统将部署18000多颗x86中央处理器和同样数量的图形处理器，从而实现两至三百亿亿次的峰值性能。此后，德州高级计算中心宣布了建造异构超级计算机 “Stampede”的计划，该计算机在最初阶段将集成峰值性能为两千万亿次的x86中央处理器和 峰值性能为八千万亿次MIC加速器处理器，从而实现一百亿亿次的峰值性能。

    这些和其他领先高性能计算机构开始采用异构计算技术意味着图形处理器已经脱离了实验阶段，日益能够胜任一些面向生产的关键任务。

    ● 术语定义

    机群：IDC将机群定义为通过系统软件和网络技术集成为一个统一系统的一系列独立计算机。这样，机群并不基于新系统集成策略那样的新架构理念。

    异构处理：异构处理和术语异构计算含义相同，都指在相同的高性能计算系统内使用了多种处理器，尤其是搭配中央处理器使用的图形处理器或其他加速器。

    高性能计算：根据IDC的定义，术语“高性能计算”是指所有用来解决涉及大量计算或数据的技术计算服务器和机群。该术语指这些系统所在的市场和该市场内的相关活动。它包括技术服务器，但是不包括用于技术计算的台式机。