個人電腦新紀(jì)元！GPU超級計算機(jī)誕生
從2008年超級計算機(jī)排行榜可以看出，由21萬顆CPU核心組成的藍(lán)色基因曾連續(xù)四年霸占超級計算機(jī)王座，今年終于被取代，但依然穩(wěn)居前五名。中國曾在2004年憑借上海超級計算機(jī)中心的曙光4000A進(jìn)入前十，時隔四年，由30萬顆核心組成的曙光5000A型重返前十名！
2008年超級計算機(jī)排行榜TOP10
電子計算機(jī)問世之后，電腦技術(shù)向三個方向發(fā)展：一是超級大型計算機(jī)的運(yùn)算能力屢創(chuàng)新高；二是個人微型計算機(jī)速度更快、體積成本更??；三是計算機(jī)之間的連接，即互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用多元化發(fā)展。近年來個人電腦與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是有目共睹的，但超級計算機(jī)始終難以取得突破。
超級計算機(jī)是為研究復(fù)雜的科技課題設(shè)計的，它是由成千上萬顆CPU組成，擁有超強(qiáng)的運(yùn)算能力，但它高昂的價格及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使科研成本居高不下，整個國家所擁有的超級計算機(jī)都是屈指可數(shù)，個人及小規(guī)模工作站更是不敢奢望，所以人們希望找到一種節(jié)約科技創(chuàng)新成本的替代辦法。
GPU雖然為游戲和圖形而生，但其運(yùn)算能力可達(dá)CPU十倍以上
而GPU運(yùn)算技術(shù)的出現(xiàn)，給超級計算機(jī)的發(fā)展帶來一絲曙光。一顆GPU的浮點(diǎn)運(yùn)算能力相當(dāng)于CPU的幾十倍甚至幾百倍，如果用同等規(guī)模的GPU組成超級計算機(jī)的話，那么超級計算機(jī)的運(yùn)算能力將提升百倍之多；實(shí)現(xiàn)同等運(yùn)算能力，GPU超級計算機(jī)的結(jié)構(gòu)、規(guī)模、成本、功率將會大大減少——這就意味著個人超級計算機(jī)不再是夢想！
說起來容易做起來，GPU雖然擁有CPU無法比擬的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，但想要顛覆擁有幾十年歷史的CPU運(yùn)算王朝，除了具有誘人的性能價格優(yōu)勢之外，成熟穩(wěn)定完整的平臺、及應(yīng)用解決方案才是重中之重。
2008年11月18日，NVIDIA正式發(fā)布基于GPU流處理器運(yùn)算架構(gòu)的個人超級計算機(jī)“Tesla Personal Supercomputer”，以標(biāo)準(zhǔn)桌面工作站的體積提供相當(dāng)于一個超級計算機(jī)集群的處理能力，同時價格只有百分之一，功耗也不過十分之一！
在剛剛公布的全球超級計算機(jī)排行榜中，除了第10名中國上海曙光5000A打破美國壟斷引人注目外，位列第29位的東京工業(yè)大學(xué)“TSUBAME”更是一枝獨(dú)秀，因?yàn)樗鋫淞薔VIDIA Tesla計算處理器，這也是這GPU超級計算機(jī)第一次上榜。
這套今年剛剛完成的超級計算機(jī)基于Sun Fire x4600/x6250集群，一共配備了170臺NVIDIA Tesla S1070 1U計算系統(tǒng)，每個系統(tǒng)內(nèi)有四塊源于GT200核心的Tesla C1060計算處理卡，總共只用了680顆GPU，總體峰值浮點(diǎn)性能就達(dá)到了161.82TFlops，最大性能77.48TFlops。
該系統(tǒng)使用了雙核心Opteron 2.4/2.6GHz、四核心Xeon E5440 2.83GHz、ClearSpeed CSX600協(xié)處理器三種處理器，內(nèi)存總量21.6TB，操作系統(tǒng)為SuSE Linux Enterprise Server 9。
東京工業(yè)大學(xué)全球科學(xué)信息與計算中心主任Satoshi Matsuoka稱，為這臺超級計算機(jī)添加升級Tesla S1070只花了一個星期，而且期間系統(tǒng)沒有離線。
除了東京工業(yè)大學(xué)，美國的伊利諾斯州國家超級計算應(yīng)用中心、萊斯大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、北卡羅來納大學(xué)和德國的海德爾堡大學(xué)、馬克斯·普朗克研究院也都有各自的GPU超級計算機(jī)方案。
NVIDIA Tesla個人超級計算機(jī)的價格與傳統(tǒng)PC工作站差不多，但處理能力能加快最多250倍。它將為研究人員提供屬于自己的強(qiáng)力計算平臺，從而更快地處理數(shù)據(jù)、及時完成科學(xué)研究和新發(fā)現(xiàn)。
此次NVIDIA發(fā)布的Tesla S1070個人超級計算機(jī)，實(shí)際上是由四塊Tesla C1060組成的，基于GT200 GPU核心和CUDA并行計算架構(gòu)，擁有960個處理核心和16GB GDDR3顯存，理論單精度浮點(diǎn)性能超過3.5TFlops。
TESLA C1060計算處理器，可以堪稱沒有視頻輸出接口的顯卡
Tesla C1060其實(shí)就是GeForce GTX 280的流處理版本，其最大的特點(diǎn)就是配備了高達(dá)4GB GDDR3顯存，另外它不需要顯示輸出，只需要從PCI-E傳輸/處理大量的數(shù)據(jù)。
核心為4片GPU的1U服務(wù)器
Tesla S1070＝Tesla C1060×4，它是按照機(jī)架式服務(wù)器設(shè)計的。從構(gòu)造就可以看出，該1U系統(tǒng)內(nèi)部主要由4片“顯卡”——C1060組成，其它除了散熱系統(tǒng)和電源系統(tǒng)，沒有別的設(shè)備了。
S1070的計算能力達(dá)到了4Tflops，功率為700W。不過，正如我們看到的其內(nèi)部架構(gòu)的原因，S1070是不能單獨(dú)上機(jī)架使用的，需要和CPU服務(wù)器配合使用，我們可以把它看作是“外置”的計算服務(wù)器。
根據(jù)NVIDIA的數(shù)據(jù)，1個4核心CPU 1U服務(wù)器計算能力大約0.07Tflops，單價2000美元，功率400W。假如要構(gòu)建一個100TF處理能力的數(shù)據(jù)中心，需要1429臺服務(wù)器，造價310萬美元，總功率571KW。如果搭配S1070 1U服務(wù)器使用，單臺S1070的造價是8000美元。那么只需要25臺CPU服務(wù)器和25臺S1070就可以構(gòu)建一個100TF的數(shù)據(jù)中心，造價31萬美元，功率21KW。
雖然GPU超級計算機(jī)是新生事物，但其誘人的特性讓業(yè)界都產(chǎn)生了非常濃厚的興趣，各大學(xué)實(shí)驗(yàn)室、科研機(jī)構(gòu)十分看好其發(fā)展前景，早在NVIDIA正式發(fā)布“Tesla Personal Supercomputer”之前，使用NVIDIA GeForce組成的GPU個人超級計算機(jī)就已經(jīng)在民間投入應(yīng)用了：
這些由GeForce顯卡組成的普通電腦，是個人超級計算機(jī)的皺型
通過使用NVIDIA日漸成熟的CUDA平臺，即便是普通顯卡也釋放出驚人的能量，比起傳統(tǒng)的高性能工作站，GPU個人超級計算機(jī)的性能少則提高幾十倍，多則有上百倍的提升。
GPU超級計算產(chǎn)品發(fā)布，一呼百應(yīng)
隨著GPU通用計算領(lǐng)域越來越廣闊，GPU個人超級計算機(jī)的價值得到了肯定，NVIDIA正式宣布推出Tesla Personal Supercomputer，戴爾、華碩、聯(lián)想、Scan、Boxx等廠商立即宣布會推出基于NVIDIA Tesla計算處理器的桌面級超級計算機(jī)。
據(jù)了解，一套Tesla S1070系統(tǒng)的售價不到一萬美元，和工作站相比，性能超強(qiáng)價格平易近人，因此大受歡迎。
我們通常所使用的電腦正式名稱是微型計算機(jī)，它與超級計算機(jī)、大型計算機(jī)、中型計算機(jī)、小型計算機(jī)之間的區(qū)別就是體積和規(guī)模，如果按照運(yùn)算能力計算的話，現(xiàn)在的個人電腦已經(jīng)可以同過去的大型計算機(jī)甚至超級計算機(jī)相提并論了，如今掌上電腦的性能也足以超越過去的臺式電腦，但這還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
時代在發(fā)展需求在增加，人類對運(yùn)算能力的渴求是無止境的，尤其對于科研機(jī)構(gòu)以及中小型企業(yè)來說，他們需要超級計算機(jī)的處理能力，但卻無力購買、或者沒有經(jīng)費(fèi)場地去喂養(yǎng)這么一臺龐然大物。于是個人超級計算機(jī)的概念被提出來了，可由于CPU的性能所限始終都未能實(shí)現(xiàn)。而并行架構(gòu)GPU運(yùn)算的出現(xiàn)讓個人超級計算機(jī)提前投入應(yīng)用！
● Tesla個人超級計算機(jī)的魅力主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：
第一、它的超級計算性能可以說是達(dá)到了集群級別的計算性能，它是基于強(qiáng)大的并行CUDA的架構(gòu)。同時它通過960個并行核心達(dá)到了4T浮點(diǎn)運(yùn)算的性能。同時它的性能是臺式計算機(jī)的250倍。
第二、關(guān)于個人操作方面得到的便利性，首先每個研究人員都可以獲得一臺超級計算機(jī)，這樣的話就不用像以前那樣非得去數(shù)據(jù)中心才行，你直接在自己的辦公室就可以使用了，而且它還非常的安靜。此外，這個個人超級計算機(jī)使用的是標(biāo)準(zhǔn)的電源插座，應(yīng)用起來是非常簡單的。
第三、關(guān)于它的應(yīng)用性是非常高的，它是基于C語言，C語言對大多數(shù)編程人員來說是非常易懂、非常好上手，同時支持Windows和Linux系統(tǒng)，目前在全球上市了，價格也比較低廉，低于1萬美金。
● 關(guān)于Tesla與GeForce之間的區(qū)別：
前面介紹過，在Tesla Personal Supercomputer發(fā)布之前，各大學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)使用多塊GeForce顯卡進(jìn)行科學(xué)計算，那么Tesla和GeForce在并行計算方面有何不同呢？
硬件方面，第一，Tesla與GeForce的內(nèi)存（即顯存）不同，GTX280是1GB而Tesla C1060是4GB。第二、在設(shè)計方面有一個比較大的區(qū)別，為了保證長期運(yùn)算的精度和穩(wěn)定性，我們進(jìn)行一些更加精確和嚴(yán)格的測試，比如防燒毀的測試，在這方面Tesla要比GeForce系列更加穩(wěn)定，做的更全面。
特別提一下為什么多講一些內(nèi)存？因?yàn)樵诟咝阅苡嬎愕念I(lǐng)域，內(nèi)存是非常重要的，因?yàn)槟愕膬?nèi)存如果是很大的話，計算機(jī)在調(diào)用數(shù)據(jù)方面會很快，他就減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧?，因?yàn)樗鼛捔渴呛艽蟮?，?nèi)存量也是很大的，就是內(nèi)存很重要。這里面的內(nèi)存相當(dāng)于Tesla里面它是顯存，指的是GPU在顯卡上板載內(nèi)存的流量，因?yàn)門esla所設(shè)計的并行計算非常龐大，而且對于每個精度、每個數(shù)據(jù)的測試精度要求都非常高，所以不像游戲顯卡一樣顯存有1G的流量，不需要經(jīng)過很多測試就可以去玩游戲。但是對于專業(yè)的應(yīng)用來說其實(shí)每個字節(jié)的數(shù)據(jù)都要保證它的精度，這樣我們對Tesla上的顯存的測試比GeForce都要更加的嚴(yán)格。
接下來我進(jìn)行一下總結(jié)，我們要根據(jù)應(yīng)用來選擇是用Tesla還是GeForce，他們都支持CUDA，對于一般的應(yīng)用像玩游戲，或視頻編碼等簡單的并行計算使用廉價的GeForce顯卡即可，而對于特別海量的數(shù)字的科學(xué)運(yùn)算，比如你在做石油勘探的時候要有數(shù)據(jù)測試，再進(jìn)行天氣預(yù)報的時候這需要用Tesla，要根據(jù)不同的應(yīng)用選擇不同的卡，盡管他們都支持CUDA，但是要給予不同的應(yīng)用，尤其對數(shù)據(jù)的計算的精確度和專業(yè)度非常高的應(yīng)用，我們推薦Tesla，而且是多路Tesla系統(tǒng)。<
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