英特尔高性能计算助中国高校提升教学科研能力

教育事业在中国一向备受关注，尤其是改革开放后飞速发展的经济对于大量高素质人才与日剧增的渴求，更是牵动政府的教育投入随GDP的增长而不断递加。三十年来，其规模已从近百亿元人民币剧增至数千亿元人民币。

来自政府和社会的倾情投入，使得国内各类教育机构的教学及科研水平发生了日新月异的变化，其中最引人瞩目的一点，就是它们在引入和应用先进信息技术方面总能快人一步。例如20多年前公众还不知电脑为何物时，个别教育机构就开始了"计算机从娃娃抓起"的尝试；10多年前多数人家还没有添置PC时，经济较发达城市的中小学就拥有了配置局域网的电脑教室。同样，在新世纪到来后，随着国内高校承担的科研任务越来越多、对高效处理复杂运算的需求越来越强时，过去只用于少数科研机构的高性能计算机，也开始成为了众多院校必备的"基础设施"。

高性能计算机走入中国高校，其实正是高性能计算技术走向商业化和普及化这一全球性趋势的作用结果。作为这一趋势的引领者和推动者，以及中国教育事业发展进程中坚定不移的支持者，英特尔公司基于开放架构，拥有出色性价比，并整合了硬件、软件及技术支持的高性能计算解决方案赢得了许多高校的青睐，成为他们采购、部署高性能计算系统时的首选。在去年11月公布的"2008年中国高性能计算机性能TOP100排行榜"上，用于国内高校的上榜系统中多数都采用了英特尔架构。而在今年6月公布的全球高性能计算机TOP500排行榜上，80套上榜的、与教育和学术研究应用相关的系统中也有50套、即75%都是基于英特尔处理器构建的。

英特尔公司之所以能够收获这些成绩，皆应归功于它对教育行业高性能计算应用发展趋势的深刻洞察，它拥有业界领先地位、且持续不断创新的产品和解决方案，以及它与IT产业中众多合作伙伴通力协作、为用户提供的全方位技术支持和服务。而要详细审视这些要素对于中国高校部署和应用高性能计算技术带来的影响，那就必须从ChinaGrid（中国教育科研网格）说起。

ChinaGrid 掀高校高性能计算应用热潮

仅从名称上看，ChinaGrid似乎更与网格计算技术、而非高性能计算技术相关，但这个由国家教育部于2002年提出、并获得了科技部大力支持的"十五"211工程公共服务体系建设的重大专项，其目标就是要将网格计算与高性能计算技术融合起来，为国内高校的教学与科研工作提供先进的技术服务手段。它的具体实施策略就是要通过网格技术，把分布在中国国家教育科研网（CERNET）上和各地高校的海量异构计算资源和信息资源，例如各种高性能计算系统、数据服务器、大型信息检索存储系统以及各类其他专用设备连接起来，实现教育网资源的有效聚合和广泛共享，形成一个高水平低成本的计算服务平台，将高性能计算送到教育与科研网用户的桌面上，成为国家科研教学服务的大平台。

秉承这一策略，ChinaGrid从2002年8月开始筹备，2003年1月正式进入建设阶段。到2005年底时，其一期（或称第一阶段）建设任务完成，连通了国内13个省市的20所著名高校，其中12所高校作为最初参建者，都建立了基于高性能计算系统的ChinaGrid主节点。它们还协力开发了核心的ChinaGrid公共支撑平台软件（CGSP），并在其上部署了图像处理网格、生物信息学网格、大学课程在线网格、海量信息处理网格和计算流体力学网格等五类面向教育、科研应用的专业网格及开发环境。

从这些成果来看，ChinaGrid一期建设，其实就是中国高校大规模部署和应用高性能计算技术的重要起点和催化剂。英特尔公司也是借这一契机，在ChinaGrid建设之初与教育部签署了关于携手构建下一代国家教育和科研网格的谅解备忘录，而后携手合作伙伴与国内高校就其高性能计算系统的部署和应用开始了紧密的合作。

英特尔为ChinaGrid献"技"献力

回顾英特尔公司及其合作伙伴对ChinaGrid一期建设的支持，首先要列举的，就是它们为华中科技大学、清华大学、山东大学、北京大学、北京航空航天大学、中山大学、华南理工大学和西安交通大学等高校提供的、基于当时最先进英特尔处理器的高性能计算系统。正是这些系统，成功地帮助这些高校搭建了他们负责的ChinaGrid主节点所需的超级计算环境。

其次，为帮助ChinaGrid参建高校发掘其高性能计算系统的性能潜力，并加速相关技术和应用的研发，英特尔公司还特意将网格计算列为"英特尔大学合作计划"在国内的重点合作领域之一，它不但通过研究资助及提供适当的软件平台，直接参与了CGSP平台的开发和改进，还与ChinaGrid一期建设时间同步，即从2003年初至2005年底累计为16所国内高校的20个与网格相关的研究项目提供了资助。

此外，英特尔还通过资助课程开发和引进国外先进课程等方式，帮助国内高校开发了与网格和高性能计算相关的课程课件；通过赞助和协办全国性高性能计算技术竞赛，如英特尔高性能计算应用与优化大赛，带动了网格和高性能计算技术相关人才的培养；通过举办网格与高性能计算学术研讨会，特别是邀请公司内部来自全球各地的高级技术专家来中国分享经验和最新技术进展，迅速提升了国内高校对网格和高性能计算技术的研究和应用水平。

ChinaGrid后续建设面临新挑战

ChinaGrid一期建设无论对其建设者、使用者还是支持者，都带来了丰硕的成果和宝贵的经验，但同时，他们也必须直面ChinaGrid后续建设任务带来的全新需求和挑战，其中与高性能计算部署和应用相关的，主要有：

ChinaGrid规模扩展带来的挑战–教育部为ChinaGrid设定的远期目标，是要将它建成全国乃至全世界最大、最先进和最实用的网格系统之一。其覆盖面未来将不再仅限于高等院校，还将囊括全国中、小学校和其他教育科研机构，其用户群也将由目前各领域的专家和专业用户扩展到包括中小学师生在内的普通用户。ChinaGrid这种建设和应用规模的大幅扩展，必将引发更为复杂和多样化的需求，从而对其建设方和支持方带来严峻考验。

ChinaGrid对更高计算性能的渴求–ChinaGrid一期部署的五种应用网格对计算性能的要求都非常苟刻，如生物信息学网格、海量信息处理网格及计算流体力学网格上运行的应用本身就是传统的高性能计算应用。随着这五种应用网格未来的发展，以及更多种类的应用网格进入ChinaGrid，用户必然对ChinaGrid各节点的高性能计算系统提出更高的性能期望值，以确保能获得最佳的服务响应速度。

性能提升与节能减排之间的平衡–虽然出于应用需求，ChinaGrid用户都盼望它提供的计算性能越强越好，但其建设者却不能不考虑与性能同步增长的电能消耗问题。毕竟，节能减排是利国利民的国策，而且从自身成本核算的角度来看，即使一个由数十台服务器组成的集群中每台服务器的功耗只下降数瓦，那么一年下来节省出的电费恐怕也是一个比较可观的数字，因此在提升系统性能的同时尽量节能也是这些他们必须考虑的问题。

处理器多核架构普及带来的软件开发及优化挑战。ChinaGrid后续建设正逢高性能计算平台的处理器架构从单核到多核乃至到众核的技术进步，系统虽然能借这种变化获得更强的并行计算性能，但要让其充分发挥、释放，还需要用户在开发软件时从串行编程转向并行编程方式，同时也要对原有的、针对单核处理器开发的软件进行多线程化的调优。可在缺乏高效辅助工具的前提下，这两项工作不但会消耗大量时间及人力，而且还难以取得理想效果。

综合以上四点需求及挑战，不难看出，参与ChinaGrid后续建设的高校，在构建和升级自己的高性能计算系统时，很可能会依据以下几项标准对候选服务器产品进行考量：

是否具有出众的性能，尤其是浮点计算性能和并行处理能力；

是否拥有先进易管理的节能特性，来实现出色的能效表现；

能否在软硬件层面提供丰富的选择，易于部署、应用和扩展；

能否针对多核架构下并行化软件的开发和优化提供强大的工具和技术支持。

英特尔高性能计算"核芯"产品蓄势待发

对于这几项在今后一段时间内都将左右ChinaGrid以及高校其他高性能计算项目系统选型的标准，负责提供产品、解决方案和技术支持的IT企业们早有准备。因为这些标准在今天事实上已成为各行业用户群提出的共性化标准，换言之，也就是IT企业公认的、能指导他们开发相关解决方案的技术趋势。

作为最早认识到这些趋势、一直引领其发展、并坚持以它们为导向推进创新的计算机行业领导厂商，英特尔公司的高性能计算解决方案可以很好地满足它们的要求，尤其是其"核芯"产品–基于开放的x86和EPIC指令集、拥有领先微架构设计的多核处理器，更是为那些追求高性能、高能效和高性价比的用户所追捧。这一点在近几年TOP500排行榜的变化中表现得非常明显–在2007年6月发布的TOP500榜单上，基于英特尔处理器的系统数量当时只占据所有上榜系统数量的57.8%（共289套），而在今年6月最新发布的TOP500榜单上，这一比例已增至79.8%（共399套），只差一套即可达到80%。

2000年6月-2009年6月TOP500排行榜中基于英特尔处理器的系统数量演变图

具体到教育领域的高性能计算系统部署和应用，基于英特尔处理器的产品和解决方案也同样受到欢迎，例如今年6月登上TOP500榜单的80套相关系统中的那50套，多数就是基于英特尔多核至强处理器构建，而且令人颇感意外的是，其中性能排名较为靠前的数套系统，竟已率先引入了英特尔今年三月底才正式发布的至强5500系列处理器。

英特尔至强 5500系列处理器为何能在如此短的时间内获得教育行业客户的认可？答案就在于它为英特尔高性能计算产品线带来的前所未有的性能飞跃–借助全新的Nehalem微架构，至强® 5500系列处理器不但实现了相当于至强 5400系列处理器两倍的计算性能，而且通过引入英特尔®快速通道互联技术（Intel Quickpath Technology）及集成DDR3内存控制器，它与服务器平台中内存及芯片组之间的数据通信带宽也比上一台平台提高了数倍之多。这些特性使它在运行各种高性能计算应用–无论是运算敏感型、还是带宽敏感型应用时都能游刃有余，输出令人惊叹的强劲动力。

值得一提的是，英特尔®至强® 5500系列处理器采用的另外两项重要技术–英特尔®智能加速技术（Intel® Turbo Boost Technology）和英特尔®超线程技术（Intel® Hyper-Threading Technology）也对高性能计算应用的性能提升大有裨益，前者可通过对处理器自动超频，为时钟频率敏感型的应用提供额外的浮点性能，后者则能为线程设计良好的应用软件带来性能上的倍速提升。

综合上述性能闪光点，再加上由开放架构赋予的出众性价比、由45纳米制程技术和英特尔®智能节能技术（Intel® Intelligent Power Technology）实现的先进节能特性，至强® 5500系列处理器正蓄势待发，时刻准备为ChinaGrid的后续建设和国内高校进一步普及高性能计算应用效力。而多所正在构建和升级高性能计算系统的国内高校已对这款处理器产生了浓厚的兴趣，南京大学教授、江苏省高性能计算学会会长周会群在测试过基于至强5500的服务器后就曾表示："英特尔至强5500处理器能够帮助我们提升科学计算的效率，它将影响和进一步帮助我们利用计算科学来探索自然界的进程"，他还透露，南京大学已经决定选用至强® 5500处理器来构建一个计算能力达35万亿次的高性能计算系统 [1]。

英特尔应用开发和调优工具的附加价值

虽然英特尔创新的处理器产品是其高性能计算解决方案的核心和基础，但它却并不是构成英特尔在高性能计算领域竞争优势的全部力量。英特尔提供的一整套高性能软件产品也是该方案的重要组成部分和吸引客户的法宝，它们能够帮助客户的应用在基于英特尔处理器的系统上获得最大限度的性能提升。这种"附加阶值"的诱惑力之大，以至于假如某一天英特尔的处理器与竞争对手的同类产品相比没有特别明显的硬件性能优势时，客户也很可能会继续选择英特尔的高性能计算解决方案。

英特尔的高性能软件产品，是由一组完整的应用开发及调优工具组成，包括了高性能编译器，VTune^TM 可视化性能分析器，高性能函数库，多线程工具和应用于高性能计算的集群工具及工具包等等。对于那些采用英特尔架构硬件产品构建了高性能计算系统的用户来说，这些软件产品能辅助他们开发和优化其系统上运行的中间件和各种应用软件。目前，这套软件产品已被成功应用于全球很多知名的软件公司、高性能计算中心及实验室内，并且发挥着越来越重要的作用。

为帮助广大客户了解和用好这套软件产品，英特尔还曾在部分客户利用它们开发及优化高性能计算应用时参与其中，以提供实时的支持和帮助。例如在ChinaGrid一期建设中，英特尔及其软件产品就为CGSP平台的开发提供了重要助力。而通过协作，英特尔也积累了大量相关经验并从中发现了一些重要规律，如客户在部署和优化性能的时候应该遵循从系统到应用再到微架构的顺序，要将应用之外的系统影响调试到最优状态，再开始考虑应用本身的优化；又如客户在对应用程序本身进行优化的时候，不应急于进入模型算法以及代码级的调整，而是要先从程序的实现上从进程级到线程级提高并行性能等。

通过复制和分享这些经验和发现，英特尔公司帮助很多客户成功优化了他们的高性能计算系统和应用，让他们用最小的成本投入换得了应用性能的最大化提升。以国内的石油行业客户为例，2008年6月TOP500榜单上名列中国第一的中石化胜利油田物探研究院用高性能计算系统，就是基于至强®处理器构建，并使用英特尔应用调优工具针对LINPACK测试进行了优化。

携手产业伙伴 为中国高校提供全方位支持

顺应高性能计算商用化的趋势，英特尔一直致力于与国内外IT产业合作伙伴携手为中国行业客户提供最优化的高性能计算解决方案。在今年6月发布的最新TOP500排行榜上，来自中国的21套上榜系统中就有20套是采用了英特尔的处理器，这一数据足以说明国内用户对于英特尔解决方案的信赖。

为回报国内客户，帮助它们提升高性能计算应用水平，进而提升其核心竞争力，英特尔公司除与业界合作伙伴协作、继续推动基于英特尔架构的产品和解决方案的创新和改良外，还在借助自身雄厚的技术研发实力及在整个IT产业界的号召力，从更多维度、更多层面上为他们提供额外支持，而其中与中国高校及教育行业部署、应用高性能计算和网格计算技术的相关举措主要包括：

在多核时代继续支持国内高校相关教学及科研项目–自从在ChinaGrid一期建设中资助众多国内高校开展网格和高性能计算研究项目后，英特尔公司教育部门就把继续支持中国高校从事相关技术和应用的研发及教学视为一项长期任务。在多核时代到来后，英特尔则迅速在启动了"英特尔多核技术大学合作项目"，以帮助国内高校尽快了解和掌握这一先进技术，并将其导入教学内容和应用于科研环节。

支持网格计算技术标准和生态系统的发展–在网格技术问世后，英特尔就一直在与业界众多相关标准组织，如UDDI、SOAP、W3C、OASIS、WS-I、GGF密切协作，支持和推动全球网格计算技术标准的发展。而它与合作伙伴们合力为美国国家科学基金打造的TeraGrid、为瑞士诺华公司构建的生命科学/医药开发用网格、为欧洲粒子物理研究所建设的欧洲数据网格等成功案例，则充分验证了这项技术的价值，实现了网格计算生态系统的长足发展。

分享网格和高性能计算应用知识及经验–英特尔公司既是网格和高性能计算技术的解决方案提供者，也是其使用者。自上世纪90年起，英特尔公司就开始应用Intel NetBatch网格和高性能计算技术来加速自身处理器的设计工作，它从中获取的第一手使用经验不但有助于指导自身相关产品、技术的研究和开发，还可以分享给其他用户，帮助他们提升这两项技术的应用水平。

支持高性能计算标准的建立和发展–英特尔与业界合作伙伴一直在努力推动高性能计算行业标准的建立，以便为用户提供更为开放和更具性价比的平台。2008年12月18日，英特尔就与原信息产业部软件与集成电脑促进中心、H3C、曙光、宝德、中科红旗、中科院计算技术研究所及中兴通讯等9家合作伙伴共同发起建立了中国高性能计算机产业联盟，以加速中国服务器及高性能计算机产业标准的制订工作。

以上这些举措，与基于英特尔架构的高性能计算解决方案相结合，就构成了英特尔公司对ChinaGrid、对中国高校高性能计算和网格应用的全方位支持，英特尔由衷期望这种支持能够长期延续下去并进一步强化起来，从而为中国高校和教育行业提升教学和科研水平带来更多助益，为实现21世纪中国的人才培养和科学进步大计贡献更多力量。

关于英特尔

英特尔（纳斯达克：INTC）是芯片创新领域的领先厂商，致力于开发技术、产品和计划，从而不断改进人们的工作和生活方式。如欲了解有关英特尔的更多信息，请访问：www.intel.com/cn新闻发布室及http://blogs.intel.com/china。

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