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HPC的系统级挑战

　　经典的计算机科学课程告诉我们，想要发挥一个计算系统的最大性能，必须从各方面消除系统瓶颈，其中最主要的是计算瓶颈、I/O瓶颈以及软件瓶颈。而对于高性能计算(HPC)来说，目前85%的超算系统是由计算集群构成，因而更需要总体的去衡量整个系统的瓶颈和效率。

　　简单来说，计算性能是核心，传统堆砌CPU的方式因为机架密度和高昂的功耗而难以大幅度的提升——即便是“天河二号”也只有3.2万颗至强处理器，而针对并行计算的至强融核协处理器数量达到了4.8万颗。这说明了未来高性能计算将越来越多的采用这种“微异构架构”，由同为x86架构的至强融核协处理器提供绝大部分计算力。从而解决日益攀升的计算资源需求，使其不再是瓶颈。

　　I/O瓶颈分为两部分，一是节点内的I/O，另外是节点间，跨机架的I/O。英特尔为节点内I/O做了一系列努力：将内存控制器、PCI-E控制器等放入CPU，用顶尖的半导体科技制造SSD固态硬盘来加速节点内的存储读写速度和随机数据IOPS(高性能计算敏感)。而对于节点间的I/O，不论是英特尔的万兆以太网，还是正在发展的硅光子通信技术(可达25Gb/s以上速度)，都在全力加速计算节点间的I/O能力。

　　但硬件提升对软件开发和系统优化带来的影响不可不重视。之所以强调“微异构”，就是因为这一架构的微弱区别在于至强处理器是传统多核心CPU，而至强融核协处理器则拥有众多的微内核——但是它们拥有相同的x86架构，可以在相同的编程环境下，甚至几乎不用改动原有代码就可以在系统上顺利运行。而英特尔即将推出的代号为“Knights Landing”的新一代融核主处理器则可以无缝运行原生应用。

　　如果说高性能计算需要用开放的“微异构”来消除计算瓶颈，用节点内的高度集成和节点间的高速网络来消除I/O瓶颈，那么用x86架构下的软件来定义整个系统，才是所有超级计算机的终极任务——让应用真正无缝、高速的跑在系统上。>>