在现代化工厂中,工程师坐办公桌前,在 HPC 计算机上设计并模拟三维模型

什么是高性能计算 (HPC)?

随着数据激增,以及数据密集型和 AI 驱动型应用程序和用例的出现,用户对 HPC 计算能力的需求不断增长。

什么是 HPC?

  • 高性能计算 (HPC) 是一类可处理计算密集型任务的应用程序和工作负载。

  • 随着对 HPC 的需求不断增长,在学术和工业环境中,涉及大量数据的 AI 驱动型用例日益增多。

  • HPC 集群基于高性能处理器而构建,并搭载高速内存和存储以及其他高级组件。

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作者

HPC 为什么至关重要?

高性能计算 (HPC) 并非新鲜事物。数十年来,HPC 工作站和超级计算机在学术研究领域发挥了不可或缺的作用,帮助解决了复杂问题,并推动了重大发现和创新。

近年来,由于数据量迅速增长,许多新型应用程序都受益于 HPC 的强大功能 — 即能够利用共享资源执行计算密集型操作;与传统计算相比,HPC 能够以更低的成本、在更短时间内获得结果。与此同时,HPC 硬件和软件也变得更易于获取,应用也更加广泛。

科学家、工程师和研究人员依赖 HPC 来处理一系列使用案例,包括天气预报、油气勘探、物理学、量子力学以及其他学术研究和商业应用领域。

HPC 的工作机制

虽然 HPC 可以在单一节点上运行,但它真正强大的地方,在于连接多个 HPC 节点并将其整合成具有并行数据处理能力的集群或超级计算机。HPC 集群可以实现单一系统不可能完成的超大规模模拟计算、AI 推理和数据分析。

早期的一些最引人注目的超级计算机由 Cray 和 IBM 开发,目前,他们是英特尔® Data Center Builders 合作伙伴。现代超级计算机是由 CPU、加速器、高性能通信架构以及复杂的内存和存储系统组成的大规模 HPC 集群,所有这些组件将进行跨节点协作,以避免瓶颈并实现最佳性能。

纵向扩展性能

HPC 应用程序将利用硬件和软件架构,将计算工作分摊给各种资源(通常位于一台服务器上)。在单一系统内进行并行处理具有明显的性能优势,但应用程序只能在系统的能力范围内进行纵向扩展。

横向扩展性能

如果对多个系统进行配置,将其作为整体运行,生成的 HPC 集群就可以将计算工作同时分摊给多个节点完成,进而帮助对应用程序的性能进行横向扩展。

HPC 的优势

由于处理大型数据集和运行高级应用程序的需求不断增长,HPC 在学术和企业领域受到广泛认可。随着高度可扩展的高性能处理器、大容量高速内存、存储和网络的出现,HPC 技术应用变得日渐普及。科学家和工程师可以在本地部署的基础设施上运行 HPC 工作负载,或利用不需要大量资本支出的云资源进行纵向和横向扩展。

HPC 用例

当前,研究实验室和企业依赖 HPC 在不同应用程序中进行模拟和建模,包括自动驾驶、产品设计和制造、天气预报、地震数据分析和能源生产。HPC 系统还可帮助推动精准医疗、金融风险评估、欺诈检测、计算流体动力学和其他领域的发展。

HPC 组件

最高效的高性能计算系统组合高级 HPC 硬件和软件产品设计而成。通常,适用于 HPC 的硬件包括高性能 CPU、架构、内存、存储和网络组件,以及专门用于处理 HPC 工作负载的加速器。

HPC 平台软件、库、针对大数据和深度学习优化的框架以及其他软件工具可帮助您完善 HPC 集群设计并提高其效率。

HPC 和英特尔

英特尔提供了全面的技术产品组合,可帮助开发人员释放高性能计算的全部潜能。

英特尔® 硬件为灵活、可扩展的 HPC 解决方案奠定了坚实的基础。此外,英特尔还开发了一系列软件和开发人员工具,以支持利用英特尔® 处理器、加速器及其他强大组件进行性能优化。

利用这一系列广泛的产品和技术,英特尔将通过英特尔® HPC 平台规范提供一种基于标准的方法来处理许多常见的 HPC 工作负载。

HPC 处理器和加速器

英特尔的 HPC 处理器和加速器产品系列包括英特尔® 至强® 可扩展处理器和 FPGA,可支持从工作站到超级计算机等不同配置中的 HPC 工作负载。

HPC 软件和工具

英特尔为开发人员提供了简化和加快 HPC 应用程序编程所需的软件和工具,包括 AI、分析和大数据软件。

HPC 存储和内存

HPC 存储和内存需求的增长也刺激了缩短延迟的需求。英特尔® HPC 存储和内存解决方案针对非易失性存储器 (NVM) 技术、HPC 软件生态系统和其他 HPC 架构组件进行了优化。

英特尔® 傲腾™ 固态硬盘

英特尔® 傲腾™ 固态硬盘(英特尔® 傲腾™ SSD)提供了所需的存储灵活性、稳定性和效率,可帮助防止 HPC 数据中心瓶颈并改进性能。

DAOS

在英特尔® 傲腾™ 持久内存的支持下,分布式异步对象存储 (DAOS) 显著改进了存储 I/O,可加速运行 HPC、AI、分析和云项目。

英特尔® 傲腾™ 持久内存 (PMem)

持久内存以独特方式将经济实惠的更大容量与对数据持久性的支持结合起来,以支持各种工作模式并适应 HPC 工作负载的多样性需求。

面向高性能计算的英特尔® 精选解决方案

面向 HPC 的英特尔® 精选解决方案提供了为优化 HPC 性能和扩展能力而构建的参考架构,可帮助快速获取洞察。

云端 HPC

当前的 HPC 云服务可以利用许多与本地数据中心相同的可用英特尔® 技术来支持最复杂、最具挑战性的工作负载。HPC 的吞吐量可在云端加速,在云端,可以通过按需可用的计算资源完成作业,而不会滞留在队列中。云端 HPC 的另一项优势,在于能够评估在由云服务提供商 (CSP) 预先选择和配置的 HPC 硬件上运行工作负载的好处。这样做将帮助您确定哪些服务适合您的需求,以及可能需要做出哪些调整或优化。

研究人员和开发人员可以在本地和 HPC 云环境中组合部署 HPC 工作负载,这些环境由世界各地的 CSP 运行的基于创新型英特尔® 架构的平台提供支持。英特尔® 技术合作伙伴可以提供专家指导和建议,帮助组织选择最佳 HPC 云实例。

推动 HPC 的进步

计算和软件领域的最新进步正在促进 HPC 飞跃发展。英特尔将与原始设备制造商和更广泛的 HPC 生态系统紧密合作,共同优化硬件性能并将 HPC 与 AI 和分析进行集成。

英特尔正在设计新型 HPC 技术、处理器和材料,帮助将实验室中的量子计算应用到商业领域。

搭载最新英特尔® 至强® 可扩展处理器的超级计算机正利用百万兆级计算来应对世界上最艰巨的科学挑战。

HPC 和 AI

从语言学到基因组测序再到全球气候建模,HPC 和机器及深度学习的综合能力在各种应用领域显示出惊人的前景。英特尔正通过与生态系统合作伙伴协作来助力 HPC 和 AI,以开发专为这些重要的解决方案而设计的参考架构和解决方案。

百万兆级计算

随着科学家和工程师应用 HPC 技术来解决更具挑战性的问题,他们将构建强大的百万兆级超级计算机。例如,阿贡国家实验室的 Aurora 超级计算机预计将提供全新功能来集成数据分析、AI 与模拟,以进行高级三维建模。

其他变革性的 HPC 项目包括麻省理工学院 (MIT) 和哈佛大学博德研究所的基因组测序、在德克萨斯高级计算中心 (TACC) 利用世界上最强大的超级计算机之一进行高级研究,以及欧洲核子研究组织 (CERN) 基于来自大型强子对撞机的数据进行粒子加速器模拟。

英特尔为强大的可扩展 HPC 提供支持

对学术、政府和工业领域的研究人员、开发人员和工程师来说,高性能计算蕴藏着巨大的潜力。

计算和软件领域的最新进步将继续帮助 HPC 取得新的成就。但是,选择可交付强大、可扩展的 HPC 解决方案的最优硬件和软件配置可能会颇具挑战。

英特尔将继续与 HPC 解决方案提供商密切合作,以优化硬件性能,并将 HPC 和 AI 与分析结合起来。在英特尔® 架构上运行的 HPC 具有强大的功能,可以激发创新并解决日益复杂的问题,为未来的百万兆级和十亿兆级计算奠定基础。

常见问题解答

高性能计算 (HPC) 是一类在各种共享资源上执行计算密集型操作的应用程序和工作负载。

随着数据密集型和 AI 驱动型应用程序和用例日渐增多,学术和工业环境对于 HPC 的需求也在不断增长。

HPC 可在一系列广泛的用例中用于模拟、建模和分析,这包括自动驾驶、产品设计和制造、天气预报、精准医疗、金融风险评估、计算流体动力学以及其他学术和商业应用。