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英特尔为高效能运算重新打造基础架构元件


2020-08-02

英特尔为高效能运算重新打造基础架构元件

英特尔公司今日宣布其新一代代号为 Knights Landing 的 Intel Xeon Phi 处理器最新细节。新处理器将延续多方面的优势,包括为目前世代产品所撰写的现代化程式码所带来的效益。其中全新的高速光纤(high-speed fabric)将整合在晶片封装内,加上高频宽的封装内记忆体,协助加快科学探索的脚步。由于目前的记忆体与光纤都是伺服器内部的独立元件,往往侷限了超级电脑的效能与密度。

这项新的互连技术名为 Intel Omni Scale Fabric,是为了满足新一代 HPC 的效能需求而设计。Intel Omni Scale Fabric 将整合在新一代的 Intel Xeon Phi 处理器,以及未来的通用型Intel Xeon 处理器。这样的整合设计加上光纤的 HPC 最佳化架构,用于解决未来 HPC 环境建置对于效能、扩充性、可靠度、电源、以及密度等方面的要求。从入门级产品到超高阶应用,在价位与效能之间均可取得理想的平衡点。

英特尔副总裁暨工作站与高效能运算总经理 Charles Wuischpard 表示:「英特尔正透过将 Intel Omni Scale Fabric 整合到 Knights Landing,重新擘划 HPC 系统的基础元件,这也象徵了 HPC 产业的一大转捩点和里程碑。Knights Landing 将是第一颗真正的多重核心(many-core)处理器,可以解决现今记忆体与 I/O 效能方面的种种挑战。它将让程式开发人员能运用现有的程式码与标準编程模型,在各种类型的应用上获得显着的效能提升。其平台设计、编程模型、以及均衡的效能,让它成为第一个迈向百万兆级(Exascale)的解决方案。」

Knights Landing--无与伦比的整合

除了 PCIe 扩充卡选项外,Knights Landing 也将提供独立处理器版本,可直接装在主机板插槽上。插槽版本不仅排除複杂的编程作业,还消弭透过 PCIe 传递资料的频宽瓶颈,这也是 GPU 与加速器解决方案常见的问题。Knights Landing 晶片封装内将包含高达 16GB 的高频宽记忆体。此项和美光(Micron)合作开发的新记忆体,其频宽高于 DDR4 记忆体5倍,比起目前的 GDDR 记忆体能源效率提高 5 倍,密度则增加 3 倍。在搭配整合式 Intel Omni Scale Fabric 时,新的记忆体解决方案使得Knights Landing 能安装成独立的运算组件,藉由减少元件数量以节省空间与能源。

Knights Landing 内含超过 60 个针对 HPC 强化的 Silvermont 架构核心,预计将能提供超过 3 TFLOPS 的双倍精準度运算效能(double-precision performance),以及比目前世代产品提升 3 倍的单执行绪运算效能(single-threaded performance)。作为独立式伺服器处理器,Knights Landing  将支援 DDR4 系统记忆体,以及和 Intel Xeon 处理器平台相仿的功能与频宽,藉以为应用程式提供大幅扩充的记忆体空间。Knights Landing 将与 Intel Xeon 处理器维持二进位程式码相容性(binary-compatible),让软体开发业者易于重複运用为数可观的现有程式码。

对于偏好分立式元件,以及无须升级其他系统元件便可快速升级的客户,Knights Landing 与Intel Omni Scale Fabric 控制器都将推出独立式 PCIe 扩充卡。现有的 Intel True Scale Fabric 与未来的 Intel Omni Scale Fabric 之间都将维持应用程式相容性,因此客户不必修改其程式就能转移到新的光纤技术。针对目前购买 Intel True Scale Fabric 的客户,当 Intel Omni Scale Fabric 问市时,英特尔将提供程式并协助升级到此最新技术。

Knights Landing 处理器预计将从 2015 下半年起使用于 HPC 系统。举例来说,美国国家能源研究科学计算中心(National Energy Research Scientific Computing Center,NERSC)在今年 4 月宣布将于 2016 年进行一项 HPC 安装计画,此系统将服务超过 5,000 位使用者,以及超过 700 项超大规模的科学研究专案,该计画即可採用此一新的处理器。

美国劳伦斯博克莱国家实验室能源研究科学计算中心主任 Sudip Dosanjh 博士表示:「我们非常高兴与 Cray 和英特尔共同合力开发 NERSC 的下一部超级电脑『Cori』。Cori 将内含超过 9,300 颗英特尔 Knights Landing 处理器,并将提供一个编程模型协助我们的使用者带来迈向 Exascale 等级的运算。我们的程式码经常受限于记忆体的频宽以致无法发挥极致效率,未来则可受益于 Knights Landing 在封装记忆体的超高速度。我们期盼将实现在现今超级电脑上无法进行的新科学研究。」

Omni Scale Fabric新的光纤技术与速度

Intel Omni Scale 结合从 Cray 与 QLogic 购入的 IP,与英特尔自家的创新研发,将涵盖配接器、边界交换器(edge switch)、director 交换器系统、开放资源光纤管理系统与软体工具等整个产品系列方案。此外,现今光纤中的 director 交换器,其内部的传统电子收发器将被 Intel Silicon Photonics 解决方案所取代,此解决方案将提高连结埠密度、简化布线、以及降低成本。内含 Intel Silicon Photonics 的布线与收发器解决方案可搭配Intel Omni Scale 处理器、配接卡、以及边界交换器一同使用。

英特尔超级运算的动能持续加温

现今一代的Intel Xeon 处理器与Intel Xeon Phi 协同处理器是目前全球最快电脑系统的动力核心(效能达35 PFLOPS 的中国「天河二号(Milky Way 2)」)。Intel Xeon Phi 协同处理器亦被运用在全球200 多家 OEM 厂商所设计的系统中。

在今日发表的第 43 届 Top500 超级电脑排名中,内含英特尔处理器的系统在所有上榜的超级电脑中佔了超过 85%,在所有新进榜的超级电脑中更佔了 97%。英特尔在推出首款多重核心架构产品Intel Xeon Phi 协同处理器后的 18 个月,内含此处理器的系统已在所有 Top500 超级电脑的总效能中佔有 18% 的比重。


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