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第21期 总第254期
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释放平台能量
——求解“智”与“质”的计算之惑
作者:晓瑜 

随着应用平台及开发架构的不断革新,企业应用超级计算的门槛越来越低,但门槛低并不等于应用容易。对于计算的未来,业界的思考与争论永远不会结束。

计算无处不在,它已经和理论、实验并列为三大研究途径,企业应用超级计算的门槛也越来越低。对每年一度微软亚洲研究院组织的“二十一世纪的计算”大会而言,共商未来计算“开发大计”已经成为不变的主题。

计算的世界,永远在“智”与“质”的两条跑道上奔跑。“算得快,更要算得准确。”

去年底,在“超级计算机TOP500”中以峰值每秒280.6T浮点(亿万次)计算速度再次夺冠的IBM蓝色基因/L的样机,被送到中国参加世界计算机创新大会。之后,此样机被留在IBM中国系统研究室用于研究。

像“蓝色基因”这样的高性能计算机已经在石油、金融、生命科学、工程学、供应链管理等方面广泛应用。IBM公司工程技术服务部蓝色基因系统解决方案全球总监拉尔夫·E·沃马克(Ralph E. Warmack)博士曾表示,高性能计算用于具体的商业应用是一次突破性的革命,可是要实现大规模的商业普及,还需要在软件质量和计算结果的精确度上改变很多。

“智”与“质”:平衡之道

“算法对软件质量提升很重要。要验证一个有解的问题很容易,但对无解的问题却很难给出令人信服的验证。”10月24日,在微软亚洲研究院、国家自然科学基金委员会与清华大学联合举办的微软亚洲研究院第八届“二十一世纪的计算”大会上,图灵奖得主、清华大学教授姚期智一语道破高性能计算的“新玄机”。

他举例说:“比如下棋,大师下到中途就知道输赢,但要想把其证明步骤写下来却非常困难。在现实中变量更多,已经不可能从头到尾进行验证,这就可以通过交互式证明等手段来解决。对于学生的一篇500页的文章,老师也许只随机检查其中的5行就能判断对错。”

麻省理工学院教授埃瑞克·格瑞森回顾了他在过去13年中,利用计算机三维成像帮助外科医生切除脑瘤的研究。他说:“成像质量的不断提高使手术更加安全。在未来10年内,计算机可能还将提供3个方面的医学应用:机器人技术将在手术中更多地辅助医生;帮助我们更好地理解疾病,研究采用不同的治疗手段会产生什么反应;为我们的日常生活提供保健信息,并可以使用计算机技术远程照顾老年人。”

在全球,计算已经由人类活动的一个重要因素转化为核心要素,可靠的、可以安全运行的计算机系统和计算服务受到广泛欢迎,而日益增强的功能性和复杂性也使保证安全运行成为一种挑战。

如何提高计算的稳定性及安全性是目前国际学术界最热门的话题之一。微软亚洲研究院院长沈向洋表示:“之所以选择‘质’取计算未来作为第八届‘二十一世纪的计算”’大会的主题,是因为如何提高计算的稳定性和安全性已成为学术界研究的热点,即使大家知道一个很复杂的程序不可能做到完美,但还是会问为什么视窗系统还有缺陷,这说明大家对软件质量很关心,希望通过本次大会,引导学生和科研人员更多地讨论这些问题。”

“超算”新需求

其实,要兼备计算的“智”与“质”,以高性能计算(HPC)为核心的开发理念已经成为学术界的大势所趋,作为计算机科学的一个重要分支,HPC致力研究并行算法和开发相关软件。

自上世纪90年代开始,随着研究领域与商业活动联系的日益紧密,以HPC 为基础的计算科学得到了显著的发展。

在许多工业领域,如汽车、航空航天器的设计制造,石油勘探、地震资料处理等,HPC已成为首选的研究方法。而在教育、科研等领域,HPC 也有着更广泛的施展空间。在生命科学、材料设计、气象气候研究等学科中,HPC 也不再是作为实验和理论的补充角色出现,而是与科学实验、理论研究一起成为促进科技进步的三架马车。

同样,在产业应用和企业发展的共同推动下,HPC 也不再是高科技研究领域里的一项应用专利。目前,在经过精简优化之后的HPC,已成为商业服务的一项重要信息化技术,被推广到制药、交通、电信、银行等商业应用领域。

与市场应用的积极推动相比,技术的突破对于HPC整体产业发展的促进,同样产生了重要的作用。技术方面的革新,首先来自于高性能集群计算的出现。据统计,在Top500的排行榜上从2003年迄今的4 年间,高性能集群计算所占的比重分别为29.8%、57.8%、60.8%和72.8%。

与集群的大规模应用相比,来自核心CPU的技术架构的创新,也使得高性能计算释放出更大的能量。尤其令人关注的是双核和多核处理器的出现。由于工艺和能耗的限制,从2003年起,CPU放缓了十多年来不断提高主频的步伐,摩尔定律也因此面临着严峻的考验。为了突破这一障碍,处理器制造商开始采取一项新的战略,将两个或更多的完整、独立的处理器内核安装在一个芯片上,这即是多核技术。多核技术的不同主要是在于提高性能的方式,它使得并行计算正逐渐成为PC的主流。

从某种意义上说,多核处理器的盛行,也意味着在不远的将来,每个人桌面上的普通计算机都将相当于现在的超级计算机。

走出瓶颈

门槛低并不等同于应用容易。目前很多企业甚至还不能提出高性能计算的要求,观念的改变、人才的培养、软硬件的建设等方面都存在瓶颈。在应用超级计算之前,企业要考虑将业务流程的哪个部分进行模拟,怎么进行模拟,前期工作都需要企业自己完成。但是很多企业只看到现象,却找不到问题,更别说找到解决问题的途径。

那么,如何才能尽快实现HPC的普及化?微软公司技术计算副总裁Tony Hey先生表示:所谓普及化,其实是指超级计算机走出科研领域,更大规模地渗透到商业企业应用中。尽管HPC的发展步伐已经在不断的加快,但是从目前的情况看,过高的成本和应用的复杂性,都成为了制约HPC普及化发展进程的阻碍。

显然,在HPC系统中,硬件设施固然是不可或缺的组成部分,但其实操作系统和应用软件才是激发系统发挥出最优化核心功能的“灵魂”。Tony Hey表示,通过与现有的基于Windows的IT构架更好地集成,微软的WCCS2003提供了一整套经过优化的HPC解决方案。它不仅简化了集群部署,而且还完成了客户对于并行作业提交、管理、监控等的工作任务。

然而,对于HPC而言,技术与应用的创新虽然提供了产业发展所必须的基础条件,但是距产业的长远发展还有一段距离。假如人们希望HPC的普及化时代能够早日到来,那么还必须依赖于更多市场驱动的元素。可以说,除了技术与应用之外,产业链的构成以及产业整体应用环境的不断成熟,都成为推动HPC普及化的主流企业思考的必然。

目前,微软公司已致力于与各行各业的产业伙伴合作。以战略同盟的合作方式,共同激发出HPC产业应用的巨大效能。通过与HPC应用群体及软硬件战略伙伴开展密切协作,微软将WCCS2003设计成为可面向工程与科研人员提供解决大规模商务和科学计算问题的技术手段,以满足与日俱增的商业与科研计算需求。这种协作将帮助广大客户从一系列兼容型HPC应用中,做出正确的选择并实现顺畅运行。

从目前的情况来看,如果希望HPC这个计算领域的“贵族”,能够从过去的“王谢堂前燕”,“飞入寻常百姓家”,从而实现真正意义上的大规模商用,突破应用与运营成本的瓶颈,采用更易于部署、更易于使用和管理,更能有效降低客户运营成本的解决方案。也许当这一天来临,安全稳定的“智能”计算时代才能够真正来临。

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