IT号外之HPC焦点:计算"超人"也有烦心事

    导语：超级计算机（HPC）被业内人士誉为计算“超人”，别看它们一个比一个“块头”大，但在它们强壮的外表下同样有着不为人知的酸甜苦辣。本文就是要带你解读这些“超人”的六大烦心事。

    通过上一篇IT号外文章——“HPC走下‘神坛’”，相信大家已充分认识到了HPC技术的实用价值。打个比方，如果我们把PC比作普通人的话，那么HPC系统（或称超级计算机）就称得上是“超人”了，因为就算是比较寻常的HPC系统，其计算能力也相当于PC的数千倍了。而顶级的HPC系统，例如风行欧美的IBM“蓝色基因”系列，又如国产的“曙光机”、“浪潮机”、“联想机”或“神威机”等，其能力更是不可限量！也因为所此，它们才能担负起解决大型和复杂问题的重任。

    不过，就像科幻电影中的超人遇到“氪”物质就会气力尽失，或时常为爱情和亲情的问题及敌人发起的舆论攻击感到困挠一样。HPC系统这个计算领域的“超人”在其成长过程中，也会遇到各种来自自身或外部的挑战和障碍，就目前而言，这些让它烦心的事情主要集中在以下六方面：

    一、有劲使不出，应用效率偏低

    全球HPC TOP500也好，中国的TOP100也罢，比的都是HPC系统的潜能，即理论运算峰值速度及Linpack基准测试性能，但它们却无法反映HPC的实用性能。实际上，对于很多科研院所、高校、企业等HPC应用机构来说，因为软件、配置、管理等因素导致其HPC系统应用效率低下的例子比比皆是，例如一些用户HPC系统的硬件规模虽然在不断扩展，但其实际计算力却没有明显提升，又或是现在拥有几百个甚至上千个计算核心的HPC集群系统虽然大量涌现出来，但是能充分利用其性能的应用软件却是少之又少……结果就是这些用户虽然买得起HPC，却用不好它。

    二、系统配置不够“平衡”

    HPC这个计算“超人”的性能，指的可不仅仅是“计算性能”，而是包括CPU浮点处理能力、I/O带宽和内存带宽三个方面。不同种类应用对于这三方面性能的需求不尽相同，以石油勘探行业为例，油藏模拟类应用就对内存带宽和延迟比较敏感，而地震资料处理则需要强大的计算性能。

    在这种情况下，如果用户不能科学地根据其应用软件的性能需求来合理配置HPC系统，就不免会造成它的“先天失调”，如为通信密集型的应用配置了针对计算密集型应用优化的硬件平台，就会出现这样一种情况：节点空有强大的计算力，但由于I/O通信带宽的限制，造成了数据的堆积，带来了计算资源的极大浪费。

    三、有“失业”危机，软硬件发展失衡

    别看国产的百万亿次、千万亿次HPC系统在今年频频亮相，但它们随时都面临着“失业”的风险！

    不信？我们来看两个例子：一个是美国能源部下属的橡树岭国家实验室的Jaguar TX5千万亿次级HPC系统，它拥有15万颗CPU内核，其科学计算作业任务安排得很饱满：可利用其3万颗以下CPU内核的作业占50%；利用3-4.5万颗内核的作业占32%，利用4.5-9万颗内核的作业占18%。相比之下，中国上海超级计算中心的曙光5000A百万亿次HPC系统虽有3万颗CPU内核，但其应用却远没有跟上——其上使用16颗内核以下的作业占到了60%，17-160个内核的作业占39%，160个内核以上的作业仅占1%。

    上面这种应用上的差距主要源于我国HPC应用软件的缺乏。我们HPC系统的硬件技术虽然在这几年内得到了长足的发展，但应用软件的基础却一直很薄弱，而且相关的人才、软件投资和创新研发体制也不够健全，这使得中国在HPC应用上一直面临“计算规模受限制，计算精度、分辨率不高，关键应用受限制，不易改进和发展”等多方面的挑战，进而造成了“大机器，小应用，软硬发展失衡”的困局。