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　　【PConline 资讯】前不久，笔者在国家超级计算天津中心参观了天河一号A，异构融合结构、自主知识产权CPU等产品、高新尖应用等都给笔者留下了深刻的印象。在参观之后，笔者与国家超级计算天津中心刘光明主任和NVIDIA（英伟达）公司PSG全球副总裁Shanker Trivedi等进行了深入的交流，不仅了解了我们国家在超级计算机领域的最新动向，对CPU和GPU异构融合结构也有了更深的理解。

国家超级计算天津中心刘光明主任
与NVIDIA公司PSG全球副总裁Shanker Trivedi先生接受专访

天河一号A三种形式CPU的分工

　　相对于传统的超级计算机，天河一号A采用了三种形式的CPU，分别是Intel处理器，还有NVIDIA（英伟达）Tesla，还有自主研发的飞腾1000，那么这三种不同架构的CPU又是如何进行分工协作的呢？

　　对此国家超级计算天津中心刘光明主任解释道，国际上千万亿级计算机，或者更高级别的计算机，用通用CPU计算机去做的话因为规模大，功耗大，而且使用起来不一定很好。包括IBM曾承担了一个美国计算机的研究项目，完全都是通用CPU的方法去构建最快计算机，结果这个项目流产了，就是因为研制费用很高，做出的机器占地规模大，功耗也比较大。

中国“天河一号A”

　　在2005年到2007年间，国防科技大学便在研究通用CPU和GPU加速器的结合，来提高超级计算机的计算性能，比如流体力学、气动力学、FFT、CFD的东西，包括还有很多算法都适合这种结构，解决很多复杂的数学问题，这种结构是适用的。在2009年做天河一号第一期的时候，选用了AMD的GPU来替代当时国防科技大学自己研究的流处理器，这样就诞生了当时的天河一号。后来英伟达推出了Tesla 2050，因为AMD的GPU没有ECC校验，而Tesla有ECC校验，所以在2010年的时候，天河一号A进行了升级，GPU换成了NVIDIA的。同时高速互联系统换成自主研发的产品。

　　在目前天河一号A中，整体系统分为两部分，一部分是Intel CPU和NVIDIA GPU构成的新系统，这个系统在整个所有天河系统的7/8，另外1/8的部分用的是自主研发的CPU 飞腾1000。天河一号A的系统是经过实验优化的环境，有很多科技计算的程序、应用都在此做测试实验，还有一些应用在不断的调试，测试，完善。

英伟达在HPC方面的规划

　　其实不光天河一号A，目前全世界500强的计算机大概有十分之一采用了NVIDIA（英伟达）的加速卡，那么未来NVIDIA（英伟达）在这方面有什么计划？

GPU运算结点

　　对此NVIDIA（英伟达）公司PSG全球副总裁Shanker Trivedi先生介绍到，天河一号A已经向全世界证明了异构超级计算是一个非常好的科学计算。未来比如美国的高性能超算中心、德国的超算中心等均将采用GPU加速并行计算的体系结构。在传统超级计算机中，CPU只贡献了整个高性能计算的10%甚至更少的份额，GPU贡献80%，90%的份额，很多计算性能是从GPU贡献出来的。

　　另外，NVIDIA（英伟达）已经有了300个以上应用软件，大量的应用软件，解决科学问题的工具已经可以在CPU+GPU这样的异构体系上运行。通过新的异构计算加速的方式，为未来大大的节省超算中心构建的成本，同时节省功耗，降低能源功耗，节省费用。>>

　　NVIDIA表示了未来会把基于Kepler方面的应用推到成千上万个应用，那么NVIDIA在推动异构编程方面未来重点的方向是什么呢？天津超算中心又有哪些关于异构编程和应用这方面的经验呢？

天河高效能计算机系统

　　对此NVIDIA公司PSG全球副总裁Shanker Trivedi介绍到一般是三种方法来做这种异构上的编程：第一类是存在了很多年的，甚至几十年的应用，对于这样一类应用，我们建议采用一种直接编程的方法，编程的标准在OpenACC。OpenACC是一个国际标准，这是开放的，很多人都可以采用的标准的编译的方法，这种方法可以使得传统的，存在这么久的软件可以最小的改动，因为写这个程序的人有可能都不在了，可以以最快的方法编到GPU和CPU上，异构的平台上进行计算，同时加速。举一个例子，在美国的能源实验室里，他们有一个很大的应用，这个软件应用叫S3D，类似像核聚变这样的应用，这个程序有100万行的程序，只改了400行，只改了非常非常小的程序量，大约只有万分之四，通过编译器编译，得到了六倍速度的提升。

　　第二种类是新的应用，建议用CUDA GPU并行编程的方法，这个架构模型可能大家都熟悉，CUDA可能大家都熟悉，实际上就是把传统的C语言，类似其他的高性能通用编程语言进行一点点扩展，只是稍微做了一些语法方法的扩展，大家写程序的方法不变，这样重新写出来的程序效率可以大大的提升，可以在这个程序上跑。什么样的程序多了呢？像信号处理，图象处理，还有一些科技计算，用这样的方法来提升计算的效率。

　　最后一种方法是用一些很多科研机构库函数的方法，NVIDIA提供了很多系统级的库函数，还有很多是大学、科研机构，还有网上做了很到的库函数。举一个例子，一些很传统的中间件，你调他的库函数的话，用这样的方法来提升，他们那些函数已经是GPU上的，写程序的人并不用关心他们是怎么实现的，只是调用这些名称和函数来做就好了。

　　总而言之，就是对于长期存在已有的程序，NVIDIA推荐用OpenACC，但是对于新程序，或者对性能有追求，一定要求特别高性能的可以用CUDA来进行改写，对于其他一些传统的，比较规范的程序，调用大量函数的，可以用调用库函数的方法来做。

天河一号A中的GPU运算节点

　　国家超级计算天津中心刘光明主任则道，天河一号A这种异构结构几个典型的应用还是应用得不错的。比如在典型的石油勘探数据处理，经过天河一号A，已经完成了具有自主知识产权的石油三维历史偏移。这个软件过去是掌握在国外人手上，国外公司手上，对于我们来讲是高价政策。我们现在通过天河一号A，从2011年年初开始，跟东方物探进行合作，持续做了两年的时间，整体性能从通用CPU的版本上升到CPU+GPU的版本，整体性能提升了大概六倍。同时我们在这个基础上又做了一个基于计算系统做的优化，磁盘的数据处理系统变成一个基于内存的。另外包括现在的气动力学，大飞机的仿真，说得更通俗一点就是数字风洞的处理，还包括一些典型的应用，包括还有一些源的分析等等这些，现在应用都不错。

　　总结：天河一号获得世界第一之后，引起了高度关注，关于其背后的技术也吸引了大量人士的关注。国家超级计算天津中心通过和NVIDIA成立一个联合实验室，对异构在超级计算方面的发展有着重大的意义，NVIDIA也能在软硬件方面同时提供支持。从笔者的观察来看，在未来的超级计算机发展中，因为能耗、成本等方面的优势，异构结构将会成为未来的主流趋势，在越来越多的超算中得到应用。[返回频道首页]