HP的高性能技术计算战略

HP的高性能技术计算战略、技术、产品和应用高性能技术计算(HPTC)是人类探索客观世界规律和发展经济的重要技术，是人们长期关心的热点之一、也是厂商竞争的焦点之一。这里将从分析HPTC技术发展趋势出发、介绍HP的HPTC战略、技术、产品和应用。由此可见，HP不仅制订了符合当前技术发展趋势的HPTC战略，而且以创新的技术、基于开放标准的领先产品、丰富和齐全的应用软件全面贯彻这一战略、引导HPTC发展潮流，满足人类社会当前和未来的应用需求。2一、高性能技术计算发展趋势20世纪90年代中后期以来，许多HPTC应用领域越来越多地希望利用半导体和计算机技术发展的新成果通过更大规模、更精确的数值模拟和数字计算来进行新产品设计和科学研究，提高科学研究水平、厂商市场竞争力以至国家的综合国力。另一方面，人们也要求利用工业标准芯片和Linux等开放性的技术降低投资、加速开发，在规定经费预算和时间框架内完成规模越来越大的计算任务。高性能和高经济效益相结合已经成为HPTC领域最引人注目的发展趋势。更高、更全面的性能要求高性能技术计算是利用数值模拟和数字技术方法探索和预测未知世界的技术。这一技术广泛应用于核武器研究和核材料储存仿真、生物信息技术、医疗和新药研究、计算化学、GIS、CAE、全球性长期气象、天气和灾害预报、工艺过程改进和环境保护等许多领域。近年来，随着研究的深入和竞争的加剧，各个领域越来越多地使用模拟的方法来解决科研和生产中的实际问题。模拟的模型越来越大、计算的精度越来越高、对超级计算机性能要求也越来越高。例如，在一个3维模型中，如果把从每个方向取100个分点增加取到1000个分点，对计算机资源的需求将增加1000倍以上。HPTC应用不仅规模越来越大，而且往往必须在规定的时间内完成任务否则就失去了计算的价值(如天气预报、传染病防治)。这就对计算机系统的计算能力、系统带宽、内存容量、存储设备和IO吞吐能力以及应用软件的开发技术都提出了更高、更全面的要求。向通用化方向发展过去人们一般把计算机应用分为科学计算、信息处理和自动控制等类型。其中，以信息处理为主的应用统称企业应用，是市场容量最大的应用领域。早期的企业应用与HPTC应用有很大的差别，涉及的计算比较简单、使用的数据量也不大，对计算机系统的主要要求是能够支持大量用户(包括网上用户)进行事务处理如信息输入、查询和统计等，而对于计算能力、存储容量要求也不高。因此，HPTC应用往往使用与企业应用不同的系统，影响了产品批量的扩大。当前，人类正在从工业化社会进入信息社会，技术的持续创新、市场需求的瞬息万变、竞争空间的迅速扩大，要求企业采用Internet、电子商务、电子商务企业等现代化手段，来适应时代的发展。许多新型的企业应用对计算能力、存储容量和系统带宽的要求都越来越高、越来越迫切，HPTC应用和其他类型应用的界限也日益淡化。当前，几乎所有应用领域都需要使用能够提供高计算能力、系统带宽和存储容量的计算机系统，促使用户选择相同的系统满足各种类型的需求，为利用大批量、低成本的通用产品满足HPTC应用需求创造了有利的条件。3更加严格的预算约束随着竞争的加剧和应用的普及，HPTC不再是一个不惜工本的应用领域，许多项目的预算约束越来越严格。这就要求厂商生产全系列的产品满足不同规模应用的需求、更加可靠地保护用户原有投资、加速IT投资回报，而且也要求实现资源按需供应和更大范围的资源共享，推动了网格和公用服务等新的计算模式的发展。使用商品化部件为了促进HPTC广泛应用必须降低成本，否则很难为更多的用户所接受。由于高端的HPTC系统(特别是超级计算机)需要使用许多计算节点和互联设备等部件，因此必须保持每个部件的低成本。早期的超级计算机系统使用专门定制的处理器和互联设备等部件，价格非常昂贵。以后，CrayResearch公司的T3D和CRAYT3E开始使用商品化的Alpha处理器。当前商品化处理器和服务器性能日益提高、价格也日趋下降，为利用它们建立高端和超级计算机系统提供了良好的基础。为此，美国政府还推出了ASCI计划，力图降低超级计算机系统的成本，其主要途径是尽可能采用商品化市售(COTS)硬件和软件部件，把力量集中在发展主流计算机工业不能有效地提供的专门技术。目前已经很少再有厂商使用专门的部件，如向量处理器来建立超级计算机系统。今后的发展趋势是在高端和超级计算机系统中尽可能普遍地采用商品化和大批量的工业标准部件，包括处理器、互联设备、I/O、存储、操作系统、语言、编译程序、编程工具和应用软件。人们注意到，基于开放性IA-32体系结构的Xeon和Pentium4处理器的超级计算机已经在TOP500占有重要地位。新兴的Itanium处理器系列(IPF)必将以其开放性、大批量和64位寻址和处理能力，对超级计算机水平的提高产生划时代的影响，以远比32位体系结构时代高的性能和性价比来满足日益增长的需求。Linux高端应用的发展HPTC技术另一个新发展是Linux等开放源代码操作系统越来越广泛地应用。20世纪末期，支持高端应用的主要操作系统已经逐步由厂商专门设计的专用操作系统、演变为具有较强通用性的UNIX。这些UNIX系统仍然是厂4商的专属产品。只有很少的超级计算机运行MicrosoftNT操作系统和开放性的Linux。进入新世纪以来，Linux操作系统得到了包括HP和IBM等最大厂商在内的几乎整个计算机产业界的支持，能够在绝大多数硬件平台上运行。64位Linux也日益成熟。在新兴IPF平台上，RedHat,SuSE,MSC.Linux,TurboLinux和国内的红旗Linux等许多厂商都推出了相应的64位Linux版本，提供基于64位的高计算精度和巨大寻址空间。虽然Linux操作系统在PC和桌面应用中远没有Windows普及，但它在服务器领域中的地位却正在飞速提高。Linux将广泛应用于所有领域：首先是科研和技术计算等学术性较强的领域，目前已扩展到基于Internet的Web网站管理和电信等领域，今后将逐步进入所有类型的企业应用。Linux系统技术也取得了长足的发展，已经能够提供支持高端超级计算机所需的RAS特性和管理功能，开发工具和应用软件也日益丰富。业内人士普遍认为：在开放源代码界的共同努力下，特别是HP和IBM等一流厂商的支持下，未来(不是现在)开放源代码的Linux操作系统将具有与各厂商专属的UNIX操作系统相比美的支持大规模SMP能力、RAS特性、同样丰富的开发工具和应用软件。开放性的IPF的发展也将加速Linux的这一发展趋势。根据AberdeenGroup的报告，2003年前基于IA-32Linux系统仍将占据主要地位。以后，Linux系统将逐步64位化，到2005年基于IPF的Linux系统将占据主要地位。当前，利用Linux强大水平可伸缩性和大量低端商品化服务器或工作站(2-4个处理器)建立价廉物美的“买得起”超级计算机已经成为HPTC领域中重要的新发展趋势。Linux已经在支持大型集群体系结构的超级计算机系统方面取得了一系列引人注目的成就。随着Linux技术和开放性的Itanium处理器系列的发展，人们将看到更多的基于Linux超级计算机系统，其应用领域也将更加广阔。更广泛地采用集群体系结构集群系统最初用于提供高可用性，后来人们又发明了能够提供超级计算能力的高性能集群。集群系统能够把高性能和高可用性最佳地结合在一起，已经成为超级计算机系统的主要发展方向。特别是，随着Linux集群技术逐步成熟(例如Beowulf集群)，利用Linux集群构建的超级计算机系统更是与日俱增。与传统MPP体系结构相比较，利用集群体系结构特别是Linux集群体系结构建立超级计算机系统，不仅成本低、开放性好，且具有许多现代超级计算机所必须具备的一系列优点，如支持最大规模的系统、允许使用商品化网络进行节点互联、提供平衡的可伸缩性和更高的RAS特性、具有高可管理性等。根据AberdeenGroup公司的报告，Linux集群将在今后三年内5二、HP的高性能技术计算战略HP针对HPTC技术当前的发展趋势制订自己的战略，推出开放和领先的产品，全面满足应用需求。2.1利用增值的商品化产品满足HPTC应用需求HP的HPTC发展战略最大的特点是根据HPTC应用的需求对现有的批量产品、商品化部件、工业标准和开放的硬软件进行创新的改造、优化和增值，实现以性能及性价比最高的先进技术和开放产品满足用户的需求。HP的战略充分体现了HPTC领域批量驱动和技术驱动相结合的发展趋势，紧紧抓住了当代计算机技术发展的潮流，为HP的HPTC技术和产品提供极其广阔发展前景。在批量驱动方面，HP的产品发展战略是：•基于工业标准的处理器：HP高端系统发展战略的基本点是向工业标准的64位Itanium处理器系列全面过渡，同时采用IA-32架构处理器满足低端和桌面的需求，从而实现全面基于64位和32位工业标准处理器发展自己的产品；•采用成熟的批量产品：HP致力于在批量生产的现有服务器、工作站和存储设备基础上进行优化和增值的战略满足HPTC应用需求；•多操作系统战略：HP一方面积极推动Linux系统的发展，另一方面利用自己在HP-UX、OpenVMS和Windows等领域的传统优势，提供支持多操作系统的从入口级到企业级服务器以及基于HP-UX集群体系结构的高端系统，全面满足HPTC应用需求。HP独特的多操作系统战略为用户提供最大的选择余地和投资保护，有力地促进应用软件向工业标准平台移植和过渡；•发展基于Linux集群体系结构的超级计算机：HP充分利用Linux操作系统的开放性和强大水平可伸缩性，通过高性能互联网络把大量价廉物美低端服务器或工作站组成Linux集群系统，提供超级的性能和最高的性价比，实现高性能、低成本、高可伸缩性、高可用性、高可管理性完美的结合；•充分利用最新的商品化成果：HP充分利用当代计算机技术最新的商品化成果和第三方软件产品，包括基于IPF的64位低端服务器和工作站、存储设备、强大的Myrinet和QsNet互联网络、一系列先进的Linux集群软件以及管理工具和开发软件，避免重复开发、降低研发投入、提高发展速度；图1:HP采用技术驱动和批量驱动相结合的战略推动HPTC的发展6•最低的成本和最高的性价比：针对HPTC用户降低成本和提高性价比的迫切要求，HP通过采用开放和大批量的处理器、商品化的批量部件、通用软件和互联设备等设计思想使HPTC产品保持系统低成本和高性价比，为用户提供“买得起”的超级计算机。用户往往只需要投入比传统超级计算机少得多的资金，即可享受到很高的性能。在技术驱动方面，HP的战略是：如果单单使用普通商品化系统不仅不能全面满足HPTC的应用需求，而且很容易陷入恶性的价格竞争。因此，HP在技术驱动方面针对HPTC的需求特点进行了一系列创新的改造、优化和增值：提供高性能和巨大的扩展空间针对HPTC应用对高性能的需求，HP在系统设计上允许通过使用不断更新的IPF系列产品、采用先进的芯片组支持交叉交换体系结构、使用更高性能的基础节点、支持更多的节点和提供更高的带宽等多种途径扩展系统的规模，提供高性能和最大的性能扩展空间，满足当前和未来各种高端应用的需要。提供高通用性针对HPTC系统向通用化发展的趋势，HP在HPTC系统设计上十分注重突破传统高端和超级系统仅仅面向狭窄应用领域的局限，提供很高的通用性和灵活性，有力地促使产品向通用化方向发展、满足广泛应用领域的需要。随着Linux操作系统的进一步成熟，Linux集群体系结构的超级计算机的通用性必将与日俱增，实现更大的软件兼容性，允许使用开放源代码界的大量应用软件，提供更加广泛的解决方案。提供均衡的可伸缩性HPTC应用的特点之一是前一个成果往往成为下一个项目的起点，因此要求系统具有高可伸缩性、同时保持性能的均衡发展。针对这一特点，HP在高端和超级计算机设计上采用集群体系结构，提供最低的入口价位与最高的扩展上限，装备的处理器数量可以从几个扩展到上万个、计算速度已经能够扩展到10TFLOPS以上。