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                中國數據存儲服務平臺

                超算盛會ISC22在德國漢堡開幕:談談高性能計算與存儲

                德國當地時間5月30日,全球超算盛會ISC2022在德國漢堡開幕,第59屆Top500榜單在會上正式發布,美國憑借其首臺E級超算Frontier以1.102 Exaflops的HPL計算性能登頂Top500榜首,開啟E級超算時代,其持續計算性能約為排名第二的日本超算系統富岳(Fugaku)的2.5倍,但是功耗卻只有富岳的71%。

                Frontier超級計算機采用第三代AMD EPYC處理器以及AMD Instinct MI250X加速器,峰值計算性能可超過1.5 exaflops。

                ISC22 Top500榜單前十名

                與往年相比,來自中國的新上榜的超算系統特并不是很多,但從系統上榜數量占比來看,中國仍舊以35%的占比領先其他國家和地區。

                截至2020年,我國科技部批準建立的國家超級計算中心共有8個,分別是天津中心、廣州中心、深圳中心、長沙中心、濟南中心、無錫中心、鄭州中心以及昆山中心。

                國家超級計算無錫中心

                對高性能計算的基本認識

                超級計算機是一種高性能計算(High Performance Computing,HPC)集群,集群由眾多計算節點組成,集群由眾多計算節點組成,由集群管理系統通過高速IB網或專用網絡將多個計算機節點連接在一起,統一調度管理,從而實現強大的計算功能。

                首創者是有“高性能計算之父”之稱的Seymour Cray。1964年,Seymour Cray研制的CDC 6600將多個普通的處理器連接起來開展協同工作,隨后這種新型的高性能計算機逐漸代替原有的大型機,開啟了高性能計算技術和產業多年的持續發展與繁榮。

                20世紀90年代微處理器的出現,以及大量工業標準硬件的普及,以大規?;ミB多個通用乃至商用的計算部件的可擴展系統結構技術,創新主導了迄今為止的高性能計算發展。

                由于在核爆模擬、油藏開發、極端天氣預報等領域的極大價值,高性能計算被視為計算機科學與工程的“皇冠”,各國近年來陸續從國家層面啟動研制計劃,包括美國的ECP、歐洲的EuroHPC、中國的高性能計算專項等E級超算相關研究專項也紛紛建立;“十四五”規劃和新基建等戰略,驅動我國高性能計算中心建設進入高速增長期,各級地方政府和企事業單位。高等院校都在積極建設和籌建高性能計算中心。

                高性能計算機的核心是CPU,但并不是簡單的CPU堆砌,在體系結構設計、高速互聯網絡、并行文件系統、存儲陣列等任何方面的欠缺,即使再多的CPU,也無法提高高性能計算機的性能。

                隨著計算能力的增強、應用課題規模和復雜度的增加,高性能計算機對并行文件系統等性能要求越來越高。

                高性能計算的主要應用及前景

                高性能計算是一種通用算力,在底層芯片性能要求上高于普通的數據中心和智算中心。算力中心有數據中心、高性能計算中心、智算中心,它們都可以用云的形式來提供服務。以實現人工智能需求為例,推理、訓練和模擬為AI的三類主要任務。

                高性能計算主要應用場景包括飛行器設計、核模擬實驗、星云模擬、解密碼等數值模擬場景,以及大數據分析、統計和人工智能等數據分析場景。由于涉及敏感科學計算領域應用,發達國家對出口高性能計算十分謹慎,甚至采取打壓和制裁措施來抑制別國的發展。

                一直以來,全球超算TOP100以HP、IBM等公司為主。隨著高性能計算的發展,尤其是使用成本的不斷下降,其應用領域也在向更廣泛的國民經濟主戰場快速擴張,如生物醫藥、基因測序、動漫渲染、金融分析以及互聯網服務等等,目前,算力服務、高性能計算中心、人工智能、科學計算等領域是高性能計算的主要用戶,互聯網、大數據特別是AI領域增長強勁。國內企業聯想、曙光和浪潮捕捉到了機會,得到了快速發展并紛紛登榜TOP100,其市占率分列全國前三。

                2021年3月,“十四五規劃”中明確提出,要“加快構建全國一體化大數據中心體系,強化算力統籌智能調度,建設若干國家樞紐節點和大數據中心集群,建設E級和10E級超級計算中心”,根據規劃,合肥、蘭州、廈門、太原等地多地都將陸續建立高性能計算中心,而“東數西算”工程的落地,有望進一步促進西部地區發展高性能計算中心。2022年2月,發改委批復同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設國家算力樞紐節點,并規劃了10個國家數據中心集群。

                “十四五”規劃、新基建以及東數西算工程,驅動高性能計算進入快速增長期。

                從計算到存儲,高性能計算突破“最后一公里”

                對很多人來說,高性能計算的核心是計算。這是因為早起計算能力存在明顯的不足;而如今,伴隨著異構計算越來越多的應用,加上GPU、FPGA、ARM等諸多架構芯片的出現,計算效率呈指數級提升,而高速網絡也讓這些計算成果讓數據本身能夠發揮更大的價值,許多應用中存儲成為了瓶頸;也就是說,在計算能力的飛速提升和網絡數據的高帶寬低延遲進入新階段的今天,與之相適應的就是存儲應用也實現海量可擴展與智能化的數據管理。

                以8K高清視頻為例,其碼流為400~2000Mbps,每小時視頻占用空間高達5~10TB。北京2022冬奧會和冬殘奧會是全球首次規?;褂?K視頻技術進行轉播和報道的體育賽事,2400小時節目文件共計占用了3PB的存儲量;復旦大學類腦智能科學與技術研究院在探秘大腦工作和發病機制過程中,采用國內目前場強最高的活體磁共振機器,以16個節點、PB級存儲空間起步,并隨著研究數據量增長實現容量線性擴展;設在亦莊的自動駕駛汽車實驗基地,每天存儲的數據超過300PB,未來投入商業應用后,一個城市眾多的車輛將產生ZB級數據,為存儲產業帶來巨大的商機。

                容量帶來的難題可以通過增加存儲設備來解決,但更重要的是存儲效率。而業務場景不同,對于存儲的需求也各不相同,衡量存儲行業性能的“風向標”呼之欲出。于是,自2017年11月開始,美國和德國的SC大會上除了發布TOP500榜單,還發布一套名為IO500的榜單;IO500能夠以接近真實應用的情況體現系統存儲性能差異備受青睞:上一期的IO500成績中,位居總榜榜首和10節點榜單榜首的是華為Atlas 900服務器并運行在麒麟系統之上的“鵬城云腦Ⅱ”。

                對于傳統高性能計算應用來說,無論是生物基因、高能物理還是流體力學、視頻處理等多種科研應用都會利用到海量數據,而提升數據的存儲空間和利用率就能夠更好的提升高性能計算的發展。

                2022全球閃存峰會即將召開,“高性能數據管理與存儲系統論壇”將邀請清華大學副教授、智源青年科學家翟季冬,國家超級計算長沙中心總工程師、湖南大學教授唐卓,中國科學技術大學計算機學院副教授李永坤,華中科技大學副教授、博士生導師劉海坤,國防科技大學計算機學院副研究員馬勝等專家出席峰會發表精彩演講,敬請關注!

                【根據網絡資料整理】

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