技术指南：解读HPC集群三大并行问题

在2005年IDC举办的一个HPC用户的论坛上，纽约城市大学的HPC总监Paul Muzio曾说过，一个HPC软件工程师的理想就是有一个强大的处理器能够直接访问内存。相比之下，一个计算机科学家的理想则是构建拥有成千上万颗处理器，并且有创新分布式存储结构的千万亿次计算机。

"但是对很多用户来说不幸的是，"他补充说，"计算机科学家的系统可能会比较早实现，随着技术的发展。未来的挑战是建立一种制度，使之像软件工程师希望的那样。"

时间快步向前直到五年后的今天，Paul Muzio的期望则更加明显化了。最早的一批千万亿次计算超级计算机已经开始在美国、德国以及中国等国家开始使用–超过十万颗处理器，混合了不同的处理器架构，同时还使用了分布式的内存体系结构。

HPC应用程序在哪里使用这些无限潜力的能量呢？到目前为止，美国橡树岭国家实验室的Cray美洲豹超级计算机有三个实际的应用程序打破了一些记录。稍大的数据量已经超过了百万亿次，大部分都在Cray和IBM的机器上完成，一些用于科研的代码已经为了千万亿次在做优化。所有的这些应用程序已经足够并行化–并且映射到更高并行化的计算机上。

但是，大量的HPC应用程序最早被设计用来运行–你知道的–每个处理器都有独立的通道互连内存。大部分代码并不是为未来而设计，在现在看来多半扩展性不够。IDC的一个调查显示，超过一半(56%)的代码不能扩展到八路以上，大概只有6%的程序能够扩展到128个处理器以上，在今天这种超大型机器里面，128简直可以用微小来形容，更不用说他们还有更加宏伟的目标了。

这里仍然有一些现有的多核HPC系统存在的问题：

首先，为了控制能耗和散热，无论是桌面的多核系统还是超级计算机都在降低主频，你会看到更低的主频在取代以往3–4GHz主频的处理器。现在的问题是，尤其是对于一般利用一个或者几个核心的程序来说是个挑战。在另外一个IDC的调查中，12%的HPC站点认为他们的程序在新的系统上反而运行更慢。超过半数的受访者表示，他们希望在未来12个月内会对系统进行改造和优化。

第二，2009年基于英特尔或者AMD标准X86处理器的集群占据了市场上三分之二的的营收。但是，当标准X86处理器从一个变为两个，或者从两个变成四个，它们的峰值性能却没有相应增加带宽，尽管这种情况已经有所改进。这种较差的"字节直到率"降低了效率，从而影响了I/O性能，而使得核心更加繁忙。通过增加一个PCI加速器或许能够平衡这种问题。但是，这实际上是从软件和硬件两个角度来持续进行改进。

最后，大规模硬件并行计算系统的核心，飞涨的尺寸已经领先于编程范例，而选择通用图形处理器则又增加了编程的挑战。

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