英特爾聚力整合實現(xiàn)可持續(xù)的異構(gòu)計算

接下來的超算普及化時代，英特爾將滿足永無止境的計算需求，并將可持續(xù)發(fā)展作為重中之重。

本文作者：Jeff McVeigh

英特爾副總裁兼超級計算事業(yè)部總經(jīng)理

隨著我們進入E級(Exascale)計算時代并邁向Z級(Zettascale)計算時代，科技行業(yè)也越來越影響著全球的碳排放。據(jù)估計，到2030年數(shù)據(jù)中心的能耗估計將達到全球能源產(chǎn)量的3%-7%①，而計算基礎(chǔ)設(shè)施將成為新增用電量的主要驅(qū)動因素。

今年，英特爾承諾到2040年實現(xiàn)全球業(yè)務(wù)的溫室氣體凈零排放，并開發(fā)更加可持續(xù)的技術(shù)解決方案。在創(chuàng)造可持續(xù)未來的同時滿足對計算永無止境的需求，這是高性能計算(HPC)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。這個任務(wù)雖然艱巨，但如果我們能夠把芯片、軟件和系統(tǒng)這些HPC計算堆棧的每個部分都做好，它就是可以實現(xiàn)的。

我在德國漢堡舉行的2022國際超算大會(ISC2022)上發(fā)表了主題演講，上述內(nèi)容就是我在演講中傳達的核心信息。

從芯片和異構(gòu)計算架構(gòu)開始

英特爾公布了直到2024年的高性能計算產(chǎn)品路線圖，期間我們將致力于提供多樣化的異構(gòu)架構(gòu)。這些架構(gòu)不僅將使我們能夠?qū)崿F(xiàn)幾個數(shù)量級的性能提升，同時亦可降低通用工作負載及諸如人工智能、加密、分析等新興工作負載的能耗。

以內(nèi)置高帶寬內(nèi)存(HBM)，代號為Sapphire Rapids的英特爾至強處理器為例，該款處理器能夠很好地展示我們?nèi)绾卫孟冗M的封裝技術(shù)和芯片創(chuàng)新，為高性能計算帶來性能、帶寬和節(jié)能方面的顯著提升。通過封裝高達64GB的高帶寬內(nèi)存HBM2e并把加速器集成到CPU中，我們能夠釋放內(nèi)存敏感型工作負載的潛力，為這些關(guān)鍵的高性能計算應(yīng)用場景大幅提升性能。在對比第三代英特爾 至強 可擴展處理器和即將推出的內(nèi)置高帶寬內(nèi)存(HBM)的Sapphire Rapids處理器時，我們發(fā)現(xiàn)，后者把氣候研究、能源、制造和物理學(xué)工作負載的性能提升了2-3倍②。在主題演講中，Ansys首席技術(shù)官Prith Banerjee還展示了內(nèi)置高帶寬內(nèi)存的Sapphire Rapids為Ansys Fluent和ParSeNet的實際工作負載帶來了高達2倍的性能提升③。

為實現(xiàn)跨HPC和AI超算工作負載的幾個數(shù)量級的性能提升，計算密度是另一必不可少的要素。代號為Ponte Vecchio的英特爾首個旗艦級數(shù)據(jù)中心圖形處理器(GPU)，已經(jīng)在復(fù)雜的金融服務(wù)應(yīng)用以及AI推理和訓(xùn)練工作負載方面展現(xiàn)出了卓越的優(yōu)勢。

創(chuàng)新不止于此。今天，我們還宣布這款出色數(shù)據(jù)中心GPU的下一代產(chǎn)品代號為Rialto Bridge。通過升級Ponte Vecchio架構(gòu)，并結(jié)合使用下一代制程節(jié)點技術(shù)制造的增強型芯片子模塊，Rialto Bridge將大幅提高計算密度、性能和效率，同時提供軟件一致性。

展望未來，F(xiàn)alcon Shores是我們路線圖中下一個重要的架構(gòu)創(chuàng)新，即把x86 CPU和Xe GPU集成在同一插槽中。這一架構(gòu)計劃將在2024年推出，它將在每瓦性能、計算密度、內(nèi)存容量與帶寬方面均實現(xiàn)超過5倍的性能提升④。

成功的軟件戰(zhàn)略遵循三個原則：

開放、選擇、信任

如果沒有軟件為芯片注入活力，它將僅僅只是砂礫。英特爾的軟件策略是促進整個堆棧的開放式發(fā)展，并提供工具、平臺和軟件IP，以幫助開發(fā)者提升工作效率，產(chǎn)出可擴展、更高性能、更高效的代碼，這些代碼能充分利用最新的芯片創(chuàng)新，沒有重構(gòu)代碼的負擔。oneAPI行業(yè)計劃為HPC開發(fā)者提供了跨架構(gòu)編程，使代碼能透明、可遷移地適用于CPU、GPU和其他專用加速器。

目前，在世界各地領(lǐng)先的科研和學(xué)術(shù)機構(gòu)中已有20多個oneAPI卓越中心(CoE)，它們正取得重要的進展。例如，布里斯托大學(xué)科學(xué)系的Simon McIntosh-Smith和他的團隊，正在使用oneAPI和Khronos Group的SYCL抽象層進行跨架構(gòu)編程，為在E級計算規(guī)模上實現(xiàn)性能可移植性開發(fā)最佳實踐。他們的工作將確?？茖W(xué)代碼能在大規(guī)模異構(gòu)超算系統(tǒng)上實現(xiàn)高性能。

聚力整合：實現(xiàn)可持續(xù)的異構(gòu)計算

隨著數(shù)據(jù)中心和HPC工作負載越來越多采用分布式架構(gòu)和異構(gòu)計算，我們需要借助工具來幫助有效管理和應(yīng)對復(fù)雜多樣的計算環(huán)境。

今天，我們將推出一款開源解決方案Intel XPU Manager，它可以在本地或遠程監(jiān)測和管理英特爾數(shù)據(jù)中心GPU。該解決方案旨在簡化管理，并通過綜合診斷更好地實現(xiàn)可靠性和延長設(shè)備運行時間，以及提升利用率并支持固件更新。

針對能耗很高的數(shù)據(jù)傳輸和存儲任務(wù)，分布式異步對象存儲(DAOS)文件系統(tǒng)提供了系統(tǒng)級的優(yōu)化。DAOS可以顯著地改善文件系統(tǒng)的性能，它不僅可以縮短整體訪問時間，而且能夠降低存儲所需的容量，從而減少數(shù)據(jù)中心的占用空間并提高能源效率。相比于Lustre在I/O500中的測試結(jié)果，DAOS實現(xiàn)了直接寫入文件系統(tǒng)性能70倍⑤的提升。

應(yīng)對HPC的可持續(xù)性挑戰(zhàn)

我們很榮幸能夠與全球志同道合的客戶和行業(yè)領(lǐng)先的科研機構(gòu)合作，朝著實現(xiàn)更具可持續(xù)性和開放性的高性能計算而努力。我們近期取得了一系列成果——我們與巴塞羅那超算中心合作建立了開創(chuàng)性的RISC-V Z級計算實驗室;并與劍橋大學(xué)和戴爾繼續(xù)合作，將當前的E級計算實驗室進一步打造成為新的劍橋Z級計算實驗室。

獨木難支，完整生態(tài)的構(gòu)建需要在制造、芯片、互連、軟件和系統(tǒng)等各方面攜手共進。通過與整個生態(tài)的協(xié)作，我們致力于將本世紀最大的HPC挑戰(zhàn)轉(zhuǎn)化為前所未有的機遇，創(chuàng)造改變世界的技術(shù)，讓未來更美好。

注意事項與免責(zé)聲明：

①《對2020年至2030年期間全球計算機的一次能源使用、電力使用和二氧化碳排放及其所占份額的假設(shè)》，作者：Anders S.G. Andrae，《WSEAS電力系統(tǒng)匯刊》，15(2020)

②測量依據(jù)如下：

CloverLeaf

由英特爾于2022年4月26日測試。1節(jié)點，2個英特爾至強鉑金8360Y CPU，72個內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存256GB(16x16GB DDR4 3200MT/s)，SE5C6200.86B.0021.D40.2101090208，Ubuntu 20.04，Kernel 5.10，0xd0002a0，ifort 2021.5，Intel MPI 2021.5.1，編譯器參數(shù)：-xCORE-AVX512-qopt-zmm-usage=high

由英特爾于2022年4月19日測試。1節(jié)點，2個早期的英特爾至強可擴展處理器測試樣品，代號為Sapphire Rapids+HBM，40個以上內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存128GB(HBM2e以3200MHz的頻率運行)，BIOS版本EGSDCRB1.86B.0077.D11.2203281354，ucode版本=0x83000200，CentOS Stream 8，Linux版本5.16，ifort 2021.5，Intel MPI 2021.5.1,編譯器參數(shù)：-xCORE-AVX512–qopt-zmm-usage=high

OpenFOAM

由英特爾于2022年1月26日測試。1節(jié)點，2個英特爾至強鉑金8380 CPU，80個內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存256GB(16x16GB 3200MT/s，雙面)，BIOS版本SE5C6200.86B.0020.P23.2103261309，0xd000270，Rocky Linux 8.5 ，Linux版本4.18.，OpenFOAMv1912，Motorbike 28M@250次迭代;編譯說明：工具：Intel Parallel Studio 2020u4，編譯器參數(shù)：-O3-ip-xCORE-AVX512

由英特爾于2022年1月26日測試。1節(jié)點，2個早期的英特爾至強可擴展處理器測試樣品，代號為Sapphire Rapids+HBM，40個以上內(nèi)核，超線程關(guān)閉，睿頻關(guān)閉，總內(nèi)存128GB(HBM2e以3200MHz的頻率運行)，試生產(chǎn)的平臺和BIOS，CentOS 8，Linux版本5.12，OpenFOAMv1912，Motorbike 28M@250次迭代;編譯說明：工具：Intel Parallel Studio 2020u4，編譯器參數(shù)：-O3-ip-xCORE-AVX512

WRF

由英特爾于2022年5月3日測試。1節(jié)點，2個英特爾至強8380 CPU，80個內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存256GB(16x16GB 3200MT/s，雙面)，BIOS版本SE5C6200.86B.0020.P23.2103261309，ucode版本=0xd000270，Rocky Linux 8.5，Linux版本4.18，WRF v4.2.2

由英特爾于2022年5月3日測試。1節(jié)點，2個早期的英特爾至強可擴展處理器測試樣品，代號為Sapphire Rapids+HBM，40個以上內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存128GB(HBM2e以3200MHz的頻率運行)，BIOS版本EGSDCRB1.86B.0077.D11.2203281354，ucode版本=0x83000200，CentOS Stream 8，Linux版本5.16，WRF v4.2.2

YASK

由英特爾于2022年5月9日測試。1節(jié)點，2個英特爾至強鉑金8360Y CPU，72個內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存256GB(16x16GB DDR4 3200MT/s)，SE5C6200.86B.0021.D40.2101090208，Rocky linux 8.5，Kernel 4.18.0，0xd000270，編譯器參數(shù)：make-j YK_CXX='mpiicpc-cxx=icpx' arch=avx2 stencil=iso3dfd radius=8,

由英特爾于2022年5月3日測試。1節(jié)點，2個早期的英特爾至強可擴展處理器測試樣品，代號為Sapphire Rapids+HBM，40個以上內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存128GB(HBM2e以3200MHz的頻率運行)，BIOS版本EGSDCRB1.86B.0077.D11.2203281354，ucode版本=0x83000200，CentOS Stream 8，Linux版本5.16，編譯器參數(shù)：make-j YK_CXX='mpiicpc-cxx=icpx'arch=avx2 stencil=iso3dfd radius=8,

③Ansys Fluent

由英特爾于2022年2月測試。1節(jié)點，2個英特爾至強鉑金8380 CPU，80個內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存256GB(16x16GB 3200MT/s，雙面)，BIOS版本SE5C6200.86B.0020.P23.2103261309，ucode版本=0xd000270，Rocky Linux 8.5，Linux版本4.18，Ansys Fluent 2021 R2 Aircraft_wing_14m;編譯說明：商業(yè)版本使用Intel 19.3編譯器和Intel MPI 2019u

由英特爾于2022年2月測試。1節(jié)點，2個早期的英特爾至強可擴展處理器測試樣品，代號為Sapphire Rapids+HBM，40個以上內(nèi)核，超線程關(guān)閉，睿頻關(guān)閉，總內(nèi)存128GB(HBM2e以3200MHz的頻率運行)，預(yù)生產(chǎn)的平臺和BIOS，CentOS 8，Linux版本5.12，Ansys Fluent 2021 R2 Aircraft_wing_14m;編譯說明：商業(yè)版本使用Intel 19.3編譯器和Intel MPI 2019u8

Ansys ParSeNet

由英特爾于2022年5月24日測試。1節(jié)點，2個英特爾至強鉑金8380CPU，80個內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存256GB(16x16GB DDR4 3200MT/s [3200 MT/s])，SE5C6200.86B.0021 .D40.2101090208，Ubuntu 20.04.1 LTS，5.10，ParSeNet (SplineNet)，PyTorch 1.11.0，Torch-CCL 1.2.0，IPEX 1.10.0，MKL (2021.4-Product Build 20210904)，oneDNN (V2.5.0)

由英特爾測試于2022年4月18日。1節(jié)點，2個早期的英特爾至強可擴展處理器測試樣品，代號為Sapphire Rapids+HBM，112個內(nèi)核，超線程開啟，睿頻開啟，總內(nèi)存128GB(HBM2e 3200 MT/s)，EGSDCRB1.86B.0077.D11.2203281354，CentOS Stream 8，5.16，ParSeNet (SplineNet)，PyTorch 1.11.0，Torch-CCL 1.2.0，IPEX 1.10.0，MKL(2021.4-Product Build 20210904)，oneDNN(v2.5.0)

④Falcon Shores的性能目標基于截至2022年2月相對于當前平臺的預(yù)測。結(jié)果可能有所不同。

⑤結(jié)果可能有所不同。更多信息請訪問io500和YouTube視頻《DAOS與Lustre的性能對比測試》

原文標題：加速創(chuàng)新，打造更具可持續(xù)性和開放性的HPC

文章出處：【微信公眾號：英特爾中國】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

審核編輯：湯梓紅