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軟體發展能否追上IC技術發展腳步?

上網時間: 2007年06月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Roadrunner  Cell BE  超級電腦  摩爾定律 

就目前處理器和系統的每秒浮點運算速度而言,摩爾定律尚未達到極限,但大多數軟體-甚至是先進高科技運算軟體所展現的可用性,卻似乎已走到了盡頭。


Top 500超級電腦排行榜顯示,大部份高科技運算的工作負載最近已逐漸轉移到商用Linux叢集系統上,包括商用伺服器、商用網路和商用儲存設備。與此同時,像Cell寬頻引擎(Cell BE)等新穎的多核心處理器架構,也展現了出入門級伺服器基本運算能力(數百Gigaflop運算速度)的潛在性能,即相當於2~4個處理器。

事實上,正如IDC公司的Earl Joseph在一份有關科學運算軟體的研究報告中所歸納的,“目前許多ISV程式碼只適用到32個處理器,而業界一些更重要的程式碼應用也不會超過4個處理器。”該研究還發現,即使供應商對其程式碼進行平行化或調整處理,重新架構和編寫程式碼的成本相較於所預期的市場收益而言實在太高了。

Roadrunner將是全世界首款基於Cell BE的超級電腦。它將在2008年安裝在Los Alamos國家實驗室,屆時其峰值速度可望超過1.6petaflop,相當於每秒執行1,600兆次運算。

Roadrunner將是第一款提供混合運算架構的產品,它將包含多種具備多重處理任務記憶體階層的異質核心。該系統同時採用了通用型元件,包括基於AMD Opteron的伺服器,基於Cell BE的加速器以及Infiniband互連。標準處理部份(如檔案系統I/O)由Opteron處理器完成,而更多運算和CPU密集型任務則被轉移到Cell BE處理器上。

為了使這種複雜的架構適用於絕大部份的先進科學模擬應用開發人員,系統開發的主要工作將集中於編程方法學和相應的應用程式框架及工具方面。

程式啟動應用編程介面非常簡單且易於擴展,設計之初即考慮到利用不同類型的記憶體和I/O子系統。重點在於啟動一系列核心,有效的分散/聚集不同拓樸的記憶體運作,以避免讓開發人員看到類似於運算和通訊覆蓋等應用。

庫開發人員可以使用為Roadrunner研發的架構來將核心合成為多核心及記憶體階層庫。應用程式開發人員隨後可使用標準編譯器和鏈接技術鏈接到這些庫中。不用導入新的語言就能覆蓋大量多核心架構的一致性API和方法學,可以限制程式碼維護的成本。

Roadrunner不只是針對國家實驗室超級電腦而開發的單一客製計畫,它也代表著一種新的架構。其潛在用途包括:

•金融服務。透過即時運算資金市場的互動關係,超級電腦可即時預測整個市場中股票變化的連鎖反應。

•數位動畫。強大的超級運算能力將使電影製造商真實地製作角色和情節,縮小動畫和現場實際拍攝電影之間的界限。

•資訊醫學。透過用於腫瘤檢測的線上分析,以及對歷史數據和即時的病患資料進行比較,將可即時顯示組織與骨骼結構的複雜3D透視圖。即時的病患資料合成有助於產生有關身體健康狀況的預警資訊。

•石油和天然氣生產。超級電腦能用於繪製出地底地形,模擬水壩,並分析由現場科學家獲取的資料進行分析。

•奈米技術。超級電腦可望推動元件建構學的進展,如由單個原子和分子所構成的電子電路等。

•蛋白質研究。超級電腦可被用於揭示疾病產生的原因,如何測試這些疾病,以及如何研發治療方案。

當架構變得越發複雜;當超級運算能力變成為常用商品;當研發人員希望從軟體中獲得更多性能,而不再需要依賴過去常見的‘頻率衝擊’率時,我們將專注於保持應用開發的簡單性。藉由回歸到更簡單的編程方法,軟體將能趕上矽晶技術的進展,桌上型電腦的兆次運算能力將成為一種可行且有用的技術成就。

作者:Catherine Crawford

首席軟體架構師

IBM公司




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