一年一度的國際超級計(jì)算大會（SupercomputingConference，以下簡稱SC）上，每次都有一個非官方的主題出現(xiàn)。過去兩年的焦點(diǎn)是機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine learning）和深度學(xué)習(xí)（Deep learning），而在之前則是大規(guī)模數(shù)據(jù)密集計(jì)算，以及利用云重塑超級計(jì)算未來發(fā)展方向的潛力。

所有這些主題都有一個共同點(diǎn)，那就是：它們的重點(diǎn)都不是CPU處理器。實(shí)際上，它們都是圍繞X86架構(gòu)下的CPU性能提升或生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的相關(guān)話題。回想一下，近年來我們最后一次看到硬件設(shè)備成為大會的核心主題，還是在第一批大規(guī)模GPU超級計(jì)算機(jī)進(jìn)入500強(qiáng)榜單時，然而它們只是加速器而不是設(shè)備的核心。

在今年的SC17上，核心處理器再次成為了非官方主題。基于ARM架構(gòu)的硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的演示，Cray等超級計(jì)算公司還展示了全面的系統(tǒng)集成效果，很多基準(zhǔn)測試的結(jié)果足以與英特爾的最先進(jìn)產(chǎn)品相抗衡。

基于ARM處理器的“Isambard”超級計(jì)算機(jī)將包含10,000個內(nèi)核（采用Cavium的ThunderX2 ARM處理器），將于明年在英國布里斯托大學(xué)面世，負(fù)責(zé)開發(fā)該超級計(jì)算機(jī)的團(tuán)隊(duì)一直致力于基于ARM的HPC系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作。我們現(xiàn)在看到，在基于大量開發(fā)工作鋪墊的ARM系統(tǒng)中，最著名的當(dāng)屬巴塞羅那超級計(jì)算中心的Mont Blanc（幾年前開始采用雙Cortex-A15 ARM，現(xiàn)在基于Cavium ThunderX2 ARM處理器）。

McIntosh-Smith和他的團(tuán)隊(duì)日前公布了一些很有意義的基準(zhǔn)測試結(jié)果。這次基準(zhǔn)測試采用了Cray 8節(jié)點(diǎn)設(shè)備集群和32核ThunderX2 ARM處理器，并與英特爾Skylake和Broadwell解決方案進(jìn)行了對比。下面列出了在多種HPC應(yīng)用中進(jìn)行對比的基準(zhǔn) -

McIntosh-Smith表示，總體而言，以內(nèi)存帶寬密集型的任何應(yīng)用都能夠在ThunderX2上很好地運(yùn)行，性能顯著優(yōu)于 Skylake。然而對于偏向浮點(diǎn)密集型的應(yīng)用來說，因?yàn)镾kylake使用了更寬的向量運(yùn)算器所以會更勝一籌，但是ThunderX2 能與Broadwell平臺旗鼓相當(dāng)。如果繼續(xù)增加高帶寬內(nèi)存，測試結(jié)果會怎么樣？這將會非常有趣。

基準(zhǔn)測試結(jié)果請參見下圖：

內(nèi)存帶寬密集型的優(yōu)勢在OpenFOAM上的HPC應(yīng)用中體現(xiàn)得最為明顯——OpenFOAM是一種開源CFD應(yīng)用，通常更多地用于商業(yè)和科研領(lǐng)域的高性能計(jì)算。上圖的基準(zhǔn)測試報(bào)告顯示，ThunderX2的OpenFOAM測試結(jié)果要好于Skylake 和 Broadwell 。

天氣和氣候模擬代碼也顯示內(nèi)存帶寬密集型應(yīng)用的性能會有同樣的提高。上圖顯示了在ThunderX2上測試英國氣象局（Met Office）的生產(chǎn)代碼的情況——Nemo是一種海洋模擬代碼。

“初步的結(jié)果顯示，對于GROMACS、CP2K和VASP等計(jì)算密集型的應(yīng)用，不同處理器之間的性能差距很小。而內(nèi)存帶寬密集型的應(yīng)用則可以顯著看出不同處理器之間的差異。這是因?yàn)椋M管這些代碼可受益于X86處理器的更廣泛向量單位，但ThunderX2可以借助更多內(nèi)核和更高的時鐘速度來進(jìn)行補(bǔ)償，“McIntosh-Smith說。

隨著高端Cray XC50系統(tǒng)的面世，我們將在下一屆超級計(jì)算大會上看到基于ARM處理器的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的超級計(jì)算機(jī)的更多測試結(jié)果。

Isambard項(xiàng)目架構(gòu)請參見下圖：

直到今天，很多HPC ARM觀察家都知道Isambard是Cray的機(jī)型；但如果他們知道這家超級計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商選擇了一條更加艱難的道路，將ThunderX2 ARM處理器與業(yè)內(nèi)著名的Aries互聯(lián)芯片相集成，并可以運(yùn)行全套Cray軟件的話，很多人肯定會大吃一驚。相比較而言，如果把ThunderX2添加到CS Storm系列，而不是基于Aries的產(chǎn)品系列中，對Cray來說將簡單得多。但在McIntosh-Smith看來，這恰恰彰顯了Cray將ARM廣泛用于HPC領(lǐng)域的堅(jiān)定決心。

McIntosh-Smith認(rèn)為，將來不同的ARM選項(xiàng)可能會采用同一種專用的部署方法。“將來，基于ARM的HPC將增強(qiáng)向量功能，達(dá)到與其他CPU廠商不相上下的水平。下一代ARM產(chǎn)品將具有和任何其他廠商產(chǎn)品相當(dāng)?shù)南蛄繉挾取！?/p>

有趣的一點(diǎn)是這些結(jié)果基于單純優(yōu)化內(nèi)核數(shù)量和基本條件后的編譯結(jié)果，只進(jìn)行了幾個小時的微調(diào)。McIntosh-Smith表示，這些今天實(shí)現(xiàn)的突飛猛進(jìn)，實(shí)際上是多年來在基于ARM的HPC系統(tǒng)上堅(jiān)持不懈的努力結(jié)果。在硬件就緒后，ARM在HPC應(yīng)用中所需的軟件也會更快到位，隨著面向超級計(jì)算機(jī)的ARM處理器的正式上市，整個行業(yè)將迎來架構(gòu)改造的新紀(jì)元，ARM架構(gòu)將在HPC領(lǐng)域揭開廣泛處理器選擇的新篇章。