【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 _rate2020 指標(biāo)是計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行這 11 個(gè)程序的性能平均的結(jié)果。浮點(diǎn)基準(zhǔn)測(cè)XX 大學(xué) 高性能計(jì)算系統(tǒng)方案建議書 中國(guó)惠普有限公司 第 6 頁(yè) 試程序組 CFP2020 由 14 個(gè)執(zhí)行浮點(diǎn)計(jì)算的程序組成，這些程序中 6 個(gè)是用 Fortran77語(yǔ)言編寫的， 4 個(gè)是用 Fortran 90 語(yǔ)言編寫的， 4 個(gè)是用 C 語(yǔ)言編寫的。所給出的SPECfp_2020 和 SPECfp_rate2020 測(cè)試指標(biāo)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行這 14 個(gè)程序的性能平均的結(jié)果。 (表 21 CINT2020 的 組 成 程 序 ) 程 序 名 稱 應(yīng) 用 數(shù) 據(jù) 壓 縮 實(shí) 用 程 序 FPGA 電 路 布 線 C 語(yǔ) 言 編 譯 程 序 最 小 成 本 網(wǎng) 絡(luò) 流 求 解 程 序 下 棋 程 序 自 然 語(yǔ) 言 處 理 程 序 光 線 示 蹤 Perl 計(jì) 算 群 論 面 向 對(duì) 象 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 數(shù) 據(jù) 壓 縮 實(shí) 用 程 序 位 置 和 路 由 仿 真 程 序 (表 22 CFP2020 的 組 成 程 序 ) 程 序 名 稱 應(yīng) 用 量 子 色 彩 動(dòng) 力 學(xué) 淺 水 模 型 多 網(wǎng) 格 方 法 求 解 3D 位 勢(shì) 場(chǎng) 拋 物 /橢 圓 偏 微 分 方 程 3D 圖 形 庫(kù) 流 體 動(dòng) 力 學(xué) 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 模 擬 ； 自 適 應(yīng) 推 理 有 限 元 模 擬 ； 地 震 模 型 計(jì) 算 機(jī) 視 覺 ； 識(shí) 別 人 像 計(jì) 算 化 學(xué) 數(shù) 論 ； 質(zhì) 數(shù) 測(cè) 試 有 限 元 碰 撞 模 擬 粒 子 加 速 器 模 型 求 解 大 氣 溫 度 、 風(fēng) 向 、 速 度 和 污 染 物 分 布 問(wèn) 題 Linpack： Linpack 是美國(guó)田納西大學(xué)的 Jack Dongarra 創(chuàng)立和管理的基準(zhǔn)測(cè)試指標(biāo)。它是一組用于分析和求解線性代數(shù)方程和 線性最小二乘問(wèn)題的 Fortran 子程序，其中的矩陣可以是一般的，也可以對(duì)稱正定、帶形、三對(duì)角等特殊形狀的。 Linpack 廣泛應(yīng)用于測(cè)量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行浮點(diǎn)計(jì)算 (特別是線性代數(shù)計(jì)算 )的性能指標(biāo)。 是高性XX 大學(xué) 高性能計(jì)算系統(tǒng)方案建議書 中國(guó)惠普有限公司 第 7 頁(yè) 能計(jì)算服務(wù)器性能參考的重要依據(jù)。 任何一項(xiàng)基準(zhǔn)測(cè)試指標(biāo)都有其局限性和片面性。有的廠商往往按照自己的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域來(lái)詮釋，過(guò)份強(qiáng)調(diào)某項(xiàng)指標(biāo)、貶低或不公布其他指標(biāo)，這樣很容易誤導(dǎo)用戶。事實(shí)上，性能指標(biāo)都是以系統(tǒng)資源容量 (處理器、內(nèi)存、磁盤、 I/O 接口等 )以及系統(tǒng)架構(gòu)是否能夠充分發(fā)揮資源潛力為基礎(chǔ)的。 對(duì)于 XX 大學(xué) 的用戶而 言， 只有從實(shí)際 (系統(tǒng)資源容量和架構(gòu) )出發(fā)，全面考察系統(tǒng)的基準(zhǔn)測(cè)試指標(biāo)， 充分考慮實(shí)際的應(yīng)用， 才能作出科學(xué)和客觀的評(píng)估，選擇最佳的服務(wù)器 。 高性能存儲(chǔ)系統(tǒng) 在高性能計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用中 ， 除了對(duì)高運(yùn)算能力的需求外 ， 對(duì)存儲(chǔ)的需求也是必不可少 。 在高性能計(jì)算應(yīng)用中 ， 經(jīng)常需要短時(shí)讀寫大批量的數(shù)據(jù) ， 這對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能 ， 尤其是多道并行作業(yè)同時(shí)存取大量數(shù)據(jù)時(shí)的 I/O 性能 ， 會(huì)提出很高要求 。 如果這一要求用在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上直接連接大量的本地存儲(chǔ)磁盤子系統(tǒng)來(lái)滿足 ， 那么 ， 這樣會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生多次數(shù)據(jù)傳輸和磁盤容量不均及大量冗余且 不一致的文件等現(xiàn)象 ， 而這些現(xiàn)象既耗用了大量的傳輸時(shí)間和計(jì)算節(jié)點(diǎn)寶貴的處理資源 ， 又使得管理難度加大 ， 降低了投資的使用率 ， 從而使整個(gè)系統(tǒng)的性能也很難保證 。 在當(dāng)前高性能計(jì)算系統(tǒng)中 ， 越來(lái)越趨向于使用多臺(tái)獨(dú)立的高性能服務(wù)器和外部存儲(chǔ)陣列專門作為存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng) ， 高性能計(jì)算系統(tǒng)中的所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)可同時(shí)存取數(shù)據(jù)文件 ， 將來(lái)還可過(guò)渡到為其它系統(tǒng)提供信息存儲(chǔ)服務(wù) 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 HP公司為 XX大學(xué) 高性能計(jì)算 中心 設(shè)計(jì)方案的基本出發(fā)點(diǎn)：幫助用戶建立一套既能最大限度地滿足用戶實(shí)際需要且技術(shù)又處于領(lǐng)先地位的高性能計(jì)算環(huán)境。 HP 公司認(rèn)為， XX大學(xué) 高性能計(jì)算 中心 應(yīng)具有處理大規(guī)模的復(fù)雜運(yùn)算，尤其是浮點(diǎn)運(yùn)算的能力 。它將為 XX 大學(xué) 提供優(yōu)化工程設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證的手段，最終實(shí)現(xiàn)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本。 中國(guó)惠普公司提供的解決方案是遵循以下原則設(shè)計(jì)的： 1．先進(jìn)性 本系統(tǒng)方案所采用的技術(shù)既要符合業(yè)界的發(fā)展方向 ,又要在未來(lái)幾年內(nèi)仍具有很高XX 大學(xué) 高性能計(jì)算系統(tǒng)方案建議書 中國(guó)惠普有限公司 第 8 頁(yè) 的技術(shù)先進(jìn)性，保持在同類系統(tǒng)中的領(lǐng)先地位。這樣有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算與處理能力 。 2. 優(yōu)越的性能 高性能計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)秀的處理能力，它不僅具有符合要求的峰值性能 (Peak Performance)， 更重要的是應(yīng)具有穩(wěn)定的應(yīng)用性能（ sustained performance） 。各種復(fù)雜的研究課題在本系統(tǒng)中能夠得到準(zhǔn)確，快速的計(jì)算結(jié)果 。 3. 可擴(kuò)展性 系統(tǒng)應(yīng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展能力 。 隨著對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的要求不斷提高， 該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有擴(kuò)展能力， 并且容易實(shí)現(xiàn) 。 4. 開放性和兼容性 本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)符合公認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 包括體系結(jié)構(gòu)，硬件， I/O, 網(wǎng)絡(luò)，操作系統(tǒng)，開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具等 。這樣，便于和其他平臺(tái)上的系統(tǒng)互操作 。 5．應(yīng)用軟件豐富 本系統(tǒng)的平臺(tái)上應(yīng)具有豐富的軟件資源， 能夠提供研究課題的解決方案和相應(yīng)的軟件系統(tǒng) 。 HP 公司與高性能計(jì)算方面的獨(dú)立軟件開發(fā)商緊密合作，例如：Fluent,ANSYS 等專業(yè)工程軟件商 ,Red Hat,Etnus,Pallas,Platform 等專業(yè)平臺(tái)軟件商 , 不僅提供處理節(jié)點(diǎn)間的協(xié)調(diào)和通信的中間件，使整個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)能夠真正實(shí)現(xiàn)合作，負(fù)載均衡，還能針對(duì)不同應(yīng)用需求，提供一系列并行計(jì)算應(yīng)用。 6. 良好的技術(shù)支持 由于本系統(tǒng)是比較復(fù)雜的計(jì)算機(jī)環(huán)境， 在使用過(guò)程中不可避免的會(huì)遇到一些技術(shù)問(wèn)題。 當(dāng)遇到這些問(wèn)題時(shí)能夠得到有效的支持， 使問(wèn)題得以圓滿的解 決 。 7．性能價(jià)格比優(yōu)越 由于本系統(tǒng)比較龐大，價(jià)格因素也比較重要。 本系統(tǒng)在性能價(jià)格比方面在同類系統(tǒng)中應(yīng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于 XX大學(xué) 來(lái)說(shuō)在 采購(gòu)大型系統(tǒng)中應(yīng)該考慮的重要因素。 XX 大學(xué) 高性能計(jì)算系統(tǒng)方案建議書 中國(guó)惠普有限公司 第 9 頁(yè) 第三 章 總體方案建議 技術(shù) 路線 概述 針對(duì) 高性能計(jì)算 應(yīng)用對(duì)高性能的需求， HP 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上允許通過(guò)使用不斷更新的IPF 系列產(chǎn)品、采用先進(jìn)的芯片組支持交叉交換體系結(jié)構(gòu)、使用更高性能的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)、支持更多的節(jié)點(diǎn)和提供更高的帶寬等多種途徑擴(kuò)展系統(tǒng)的規(guī)模，提供高性能和最大的性能擴(kuò)展空間，滿足當(dāng)前和 為適應(yīng)當(dāng)前飛速發(fā)展的計(jì)算需要 , 一個(gè)高 性能計(jì)算的全新時(shí)代應(yīng)運(yùn)而生 , 而 HP 正是以其基于第二代 Itanium2 處理器的安騰服務(wù)器執(zhí)業(yè)界之牛耳。 未來(lái)各種高端應(yīng)用的需要。 具有革命意義的安騰處理器家族架構(gòu)由 HP 與 Intel 共同研制開發(fā) , 它基于全新的EPIC 體系結(jié)構(gòu) , 降低了平臺(tái)的成本 , 提高了其性能和可擴(kuò)展性 . 基于 Itanium2 的 HP系統(tǒng)的速度比上一代產(chǎn)品快兩倍 , 輕松超越 IA32 和基于標(biāo)準(zhǔn) RSIC 的系統(tǒng)的性能 . 基于 Itanium2 的惠普服務(wù)器能夠提供更強(qiáng)大的功能 , 更多的應(yīng)用 , 附加的特性 , 以及更廣泛的解決方案 。 IA－ 64體系結(jié)構(gòu)在吸 收 RISC體系結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上另辟蹊徑，一開始就走開放性的道路，充分利用現(xiàn)代芯片制造工藝發(fā)展成果、提供足夠的資源；同時(shí)，通過(guò)成為新的高端工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、擴(kuò)大批量來(lái)降低成本。它的基本設(shè)計(jì)思想是：提供一種新的機(jī)制、充分利用硬軟件協(xié)同能力來(lái)提高指令并行度：一方面大力開發(fā)先進(jìn)的編譯程序，消除程序中的條件轉(zhuǎn)移指令、并基于猜測(cè)機(jī)制越過(guò)轉(zhuǎn)移和存儲(chǔ)指令界限調(diào)度指令的執(zhí)行次序，把程序員利用串行語(yǔ)義編寫的源程序轉(zhuǎn)換成由可并行執(zhí)行指令段序列組成的目標(biāo)程序；另一方面使得處理器具有足夠資源和智能，來(lái)紀(jì)錄編譯程序所發(fā)現(xiàn)的程序中可并行執(zhí)行指 令段之間的劃分信息，并保證在程序運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)猜測(cè)和調(diào)度有錯(cuò)時(shí)仍然給出正確結(jié)果。對(duì) IA－ 64 體系結(jié)構(gòu)處理器來(lái)說(shuō)，所執(zhí)行的目標(biāo)程序中可并行執(zhí)行的指令段已經(jīng)由編譯程序顯性地標(biāo)識(shí)出來(lái)了、指令間的數(shù)據(jù)相關(guān)性和過(guò)程相關(guān)性也已經(jīng)由編譯程序消除了，使得處理器只需使用相對(duì)簡(jiǎn)單的邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)很高的指令級(jí)并行度（ ILP）。相反，傳統(tǒng)的 RISC 處理器沒(méi)有足夠的資源來(lái)紀(jì)錄編譯程序所產(chǎn)生許多有用的信息，也沒(méi)有充分利用現(xiàn)代編譯程序強(qiáng)大的對(duì)程序執(zhí)行過(guò)程的調(diào)度能力。雖然在RISC 體系結(jié)構(gòu)下，設(shè)計(jì)師們也使用編譯程序來(lái)優(yōu)化目標(biāo)程序、為處理器提高 ILP 創(chuàng)造條件。但是，處理器所執(zhí)行的基本上是隱性并行和包含大量相關(guān)性的目標(biāo)程序，發(fā)現(xiàn)并行、線路預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)度等提高 ILP 的無(wú)序執(zhí)行技術(shù)、完全是由處理器硬件利用復(fù)XX 大學(xué) 高性能計(jì)算系統(tǒng)方案建議書 中國(guó)惠普有限公司 第 10 頁(yè) 雜的芯片邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的。盡管兩種體系結(jié)構(gòu)之間存在著許多差別，但是執(zhí)行顯性并行或者隱性并行目標(biāo)程序是其中最主要的本質(zhì)差別。所以最初發(fā)明這種新體系結(jié)構(gòu)的惠普公司把它稱為顯性并行指令計(jì)算（ EPIC）體系結(jié)構(gòu)。 除了強(qiáng)有力的編譯程序外， IA－ 64 體系結(jié)構(gòu)微處理器必須 提供足夠的資源來(lái)實(shí)現(xiàn)EPIC 設(shè)計(jì)思想、提高并行度和實(shí)現(xiàn)高性能，包括： 新穎的指令集：允許編譯程序產(chǎn)生由并行指令段組成的目標(biāo)程序，并紀(jì)錄指令段間的劃分； 大寄存器空間：為編譯程序通過(guò)寄存器換名等技術(shù)消除相關(guān)性、產(chǎn)生盡可能在寄存器中進(jìn)行運(yùn)算的優(yōu)質(zhì)目標(biāo)程序提供充分的余地； 具有足夠長(zhǎng)度的指令：便于在指令中訪問(wèn)大寄存器空間中多個(gè)寄存器和消除程序中轉(zhuǎn)移指令； 足夠的指令發(fā)送端口和派送網(wǎng)絡(luò)：用于提高每個(gè)時(shí)鐘周期發(fā)送到指令數(shù)和提高發(fā)送到速度和效率； 多種類型的新型寄存器：允許編譯程序越過(guò)條件轉(zhuǎn)移和存儲(chǔ)指令的界限調(diào)度目標(biāo)程 序中訪問(wèn)內(nèi)存指令的位置、消除相關(guān)性，并彌補(bǔ)調(diào)整位置所產(chǎn)生的錯(cuò)誤； XX 大學(xué) 高性能計(jì)算系統(tǒng)方案建議書 中國(guó)惠普有限公司 第 11 頁(yè) 更多的浮點(diǎn)執(zhí)行部件：有利于處理器實(shí)現(xiàn)高并行度的浮點(diǎn)計(jì)算； 更多的整數(shù)和多媒體運(yùn)算執(zhí)行部件：有利于處理器實(shí)現(xiàn)高并行度的整數(shù)和多媒體信息處理； 更多的芯片上高速緩存：有利于提高緩存命中率、降低內(nèi)存延遲； EPIC 體系結(jié)構(gòu)處理器提供的寄存器資源 IA－ 64 的 EPIC 體系結(jié)構(gòu)是對(duì)傳統(tǒng) RISC 體系結(jié)構(gòu)的重大革新，許多方面突破了RISC 體系結(jié)構(gòu)的局限、發(fā)展了 RISC 體系結(jié)構(gòu)，為利用新制造工藝和技術(shù)、按照摩爾定律預(yù)示的速 度提高處理器性能提供了可靠的保證。 XX 大學(xué) 高性能計(jì)算系統(tǒng)方案建議書 中國(guó)惠普有限公司 第 12 頁(yè) HP 公司向 XX 大學(xué) 提出的以下高性能計(jì)算系統(tǒng)的解決方案正是以安騰 2 (Itanium2Madison)關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)的。 XX 大學(xué) 是一個(gè)學(xué)科覆蓋面非常廣泛的 綜合性 大學(xué)，為了更好的解決教學(xué)科研中的實(shí)際問(wèn)題，解決目前對(duì)高性能計(jì)算能力的要求在日益增大。而并行計(jì)算是提高高性能計(jì)算應(yīng)用速度的根本措施。為了實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算需要把串行程序轉(zhuǎn)化成可由多個(gè)處理器并行執(zhí)行的 并行程