構建實用的超級計算機而不是沖擊性能記錄

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IBM 的 Blue Waters 超級計算機將于明年上線，它將是馬拉松運動員而不是短跑選手。它確實會提供 10 petaflop 的高峰性能，但是高峰性能并不是它追求的目標。Blue Waters 的性能會穩(wěn)定在至少 1 petaflop，這會幫助有幸使用此資源的研究人員解決實際問題。在許多科學領域中，這會產(chǎn)生在當今的超級計算機甚至網(wǎng)格系統(tǒng)上不可能得到的結果。

伊利諾伊大學與 IBM 和 National Science Foundation 合作構建這臺計算機。伊利諾伊大學的 Blue Waters 項目代理主管 Bill Kramer 指出，“這是一臺穩(wěn)定的計算機，其目標不是實現(xiàn)更高的高峰性能或 Top500。我們只關注實際工作。” 這個系統(tǒng)用途廣泛，而不是像大多數(shù)超級計算機那樣只針對特定用途構建，所以它在效用和速度兩方面是獨一無二的。

為科學服務

項目必須符合幾個條件才能獲得 Blue Waters 的使用時間，主要是 National Science Foundation 的千兆級資源分配（PRAC）標準。要想獲得 PRAC，項目必須有在其他大型系統(tǒng)上無法解決的問題，項目團隊必須有能力利用 Blue Waters 的獨特功能。另外，Kramer 指出，還要經(jīng)過同行評審過程，也就是由項目領域內的專家評估申請。

許多不同的學科已經(jīng)提出了申請。Kramer 指出，一些項目來自傳統(tǒng)上與超級計算機相關聯(lián)的領域，但是其他項目并不是通常的超級計算項目，這說明穩(wěn)定的千兆級計算完全可能參與新的領域。Kramer 說，“與分析疾病傳播方式、進化和地震建模一樣，其他一些領域也在嘗試通過更大規(guī)模的科學計算實現(xiàn)突破。我們確實不知道哪些應用程序會在 Blue Waters 上運行，這帶來了很大的挑戰(zhàn)，我們不能針對某一項目或某一套應用程序設計這個系統(tǒng)�！� 到目前為止，第一年大約一半的研究資源已經(jīng)分配了。今年夏天和以后每年會公布更多項目。

Blue Waters 將會同時運行大約 35 個大型 PRAC 項目，以及許多小型的學生項目。Kramer 指出，企業(yè)也可以通過行業(yè)計劃在 Blue Waters 上運行研究項目。這臺機器將會同時運行來自保險公司、工業(yè)公司和需要處理海量數(shù)據(jù)的其他企業(yè)的 3 到 6 個項目。對 Blue Waters 行業(yè)計劃感興趣的企業(yè)可以通過項目網(wǎng)站聯(lián)系 Kramer。

第一批研究團隊已經(jīng)為在 Blue Waters 上運行數(shù)據(jù)準備了一年多時間。在機器上線之前，這些早期用戶在 Blue Waters 團隊的幫助下做了充分的準備，他們的項目隨時可以投入運行。這個團隊使用處理器模擬和此系統(tǒng)將采用的一些 POWER7 技術幫助研究人員調整其設計和代碼。研究人員有機會調整和改造代碼并優(yōu)化程序，從而讓更多的處理器、更多的核和 Blue Waters 的新型互連線路發(fā)揮作用。Kramer 說，“現(xiàn)在，我們正在嘗試解決所有問題，這樣的話，當系統(tǒng)投入運行時，就能夠馬上產(chǎn)生結果�！�

大地、水和風

Blue Waters 運行的一些項目將利用所有先進技術研究基本的自然事物，比如大地、風和水。

來自 University of Southern California 和 Carnegie–Mellon University 的一個地震學家和市政工程專家團隊已經(jīng)獲得了 Blue Waters 計算時間，他們將對 San Andreas 斷層沿線的潛在地震及其對橋梁和建筑的破壞進行建模。根據(jù)一份 Blue Waters 資料，這個團隊將會取得只能在千兆級系統(tǒng)上獲得的詳細數(shù)據(jù)。

來自兩所大學和兩家氣候研究機構的科學家團隊將使用 Blue Waters 測試和調整天氣預報方法。

Iowa State University 的團隊將在 Blue Waters 上運行他們開發(fā)的計算化學軟件。Mark Gordon（資深化學家，愛荷華州 Ames 實驗室的應用數(shù)學和計算科學項目主管）將使用此軟件在分子級上研究水。根據(jù)這所大學所說，我們對水的許多性質仍然不很了解。

不只是機器

構建超級計算機的過程遠遠超越機器本身。Kramer 指出，按成本來算，構建 Blue Waters 的工作量大約是計算機、輔助設施以及運行和支持此系統(tǒng)各占三分之一。這包括開發(fā)高級編程語言、供應和建模、管理海量數(shù)據(jù)和復雜性的新方式、一種 Kramer 認為 “新穎” 的存儲基礎設施、分析功能和到遠程研究站點的高速數(shù)據(jù)連接。

Kramer 說，“所以這是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)。其中一部分是物理組件，比如大型自動機械、磁盤和服務器以及運行所需的其他機器。在計算機空間安全性方面，我們正在做一些改進，從而確保系統(tǒng)只用于適當?shù)挠猛�。為了確保系統(tǒng)非常容易使用，我們采用了許多開放源碼工具，主要是圍繞 Eclipse 框架的工具�！�

盡管研究科學家可能是最渴望看到 Blue Waters 上線的，但是這個項目也會大大促進計算技術本身。Kramer 指出，除了對開放源碼 Eclipse 框架的改進之外，Blue Waters 的集成通信基礎設施也是開放源碼的。“另一個重要的成果是我們在構建這個大項目時獲得的信息和經(jīng)驗。我們計劃讓其他人可以通過所有這些信息了解系統(tǒng)的運行方式、我們發(fā)現(xiàn)的不太理想的方面以及我們解決這些問題的方法。我們會盡可能與所有人分享這些經(jīng)驗�！�

Blue Waters 團隊必須解決 IT 人員經(jīng)常面對的許多問題：如何利用有更多核而不是更快的核的系統(tǒng)，如何解決目前和未來的內存瓶頸和 I/O 問題。Kramer 說，“在嘗試把性能從數(shù)十或數(shù)百 petaflop 提高到數(shù)千 petaflop 的過程中，我們研究了軟件、硬件和方法方面所需的東西，我們把這個項目作為試驗性平臺，通過它發(fā)現(xiàn)問題，然后嘗試盡可能提高計算規(guī)模。”

結束語

“總之，最快的系統(tǒng)不一定有實際意義，除非它也是對于科學研究人員最具生產(chǎn)力或最有效的工具�！� Kramer 說。實際上，穩(wěn)定的性能決定解決問題花費的時間�！拔覀兊脑O計、權衡和投資都以提高穩(wěn)定的性能為目標，讓系統(tǒng)上運行的真實工作能夠促進科學進步。相對于追求突破性能記錄的榮譽，這個項目更關注用戶和真實結果，所以這是一個獨特的高性能計算項目�！�

關于作者

Morgon Mae Schultz 是 MSP TechMedia 的編輯。

http://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/systemmaga/4/build_workhorse/index.html