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TOP500悄然生变 联想能否推动HPC商用化进程加速?

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距离全球高性能计算排行榜TOP500的公布仅过去了三天,一场没有硝烟的战争就已经平息,HPC毕竟不是普罗大众能够接触到的事务,而我们总是对离我们更近的、产生直接影响的事情更加关心,HPC的热潮再度掀起,怕是要等到11月的SC 2015大会上公布的又一期榜单了。

这一次TOP500榜单最引人注目的中国话题看起来还是天河二号,主任设计师卢宇彤已经不是第一次站在全球高性能计算最高会议的颁奖台上,天河系列高性能计算机更是已经连续五届夺得榜首的位置--可怜的Titan,在初尝TOP1之后,也连续五届屈居亚军。

中国HPC行业悄然生变 商业化应用仍待加强


在天河二号毫无悬念的保住榜首位置之外,我们应当注意TOP500榜单所体现的中国HPC行业所发生的变化,一方面,由于中美之间的关系和系统设计、应用的要求,卢宇彤在ISC 2015上透露,天河二号A系统将在2016年正式上线,将借助"China Accelerator(中国加速器)"Matrix 2000 GPDSP(通用计算数字信号处理器)达到100PFlops的水平。


另一方面,中国上榜的TOP500系统由61套减少到37套,这也是中国HPC系统在榜单上近年来少有的"(套数)腰斩",跌出TOP500的系统主要是电信、互联网服务和能源企业,据国内有关人士透露,电信和互联网企业的系统升级迭代速度较慢,而能源行业受到国家规定和资金的影响,同样难以撑起TOP500榜单的中国套数。

与此同时,联想却是这次TOP500榜单的大赢家,23套系统上榜是历年来中国供应商最好的成绩,更是做到了全球第五,中国第一的位置,特别是在2014年10月完成收购距今约半年多的时间里,联想还独自主导了三套系统的设计建设以及TOP500 Linpack测试工作,就中国供应商来说已经是非常大的进步。

但这还不是联想进入榜单最重要的意义,事实上从TOP500榜单上榜系统不难看出,联想的23套超过一半都是在商业环境中应用,而根据此前IBM时代System x的HPC历史来看,商业应用(特别是在中国市场)所占的比率一直要远远高出科学研究的市场。

在联想上榜的23套系统中,不属于研究机构或大学的有12套之多,单纯用于科学研究的系统只有3套,8套用在大学或学院中,这一比例显著高于传统中国供应商的高性能计算中商业业务应用的比例;2014年11月榜单的System x的38套在中国部署的上榜系统中,只有3套是在科研机构,剩余的35套都在中国的各个行业的商业环境中运行。

就今年TOP500榜单的变化和联想在HPC行业再度换发的"青春"来说,这正是最重要的意义:在过去几年,中国HPC行业确实经历了巨大的发展,但这一行业备受诟病的一点就是,商用化的水平仍然有着较大的差距,历年来建立了几个HPC中心,仍然面临着巨大的商业应用和市场收入挑战。

事实上早在2006年就有行业人士和媒体提出,中国HPC要走"注重商业模型和数据分析应用,走为科研、大学、企业用户提供公共商用计算平台"的发展道路,为生物制药、图形图像处理、金融统计预测、智能信息处理系统、数据挖掘工具等商业化应用提供充足的HPC计算资源支持,可是中国HPC行业的商业化进程走的却并不顺利。

气象模拟、基因工程、石油勘探、运动规划、代数运算、优化计算、偏微分方程、数值求解、流体模拟、频谱分析等仍然是占巨大多数计算资源的主流应用,而"互联网和商业应用的HPC到底是不是HPC"的讨论,更是显示出中国HPC行业商用化水皮迫切需要提高的现实。

作为商业化程度最高的中国服务器供应商,联想在TOP500上的成功,或许能够对中国HPC行业的商业化应用水平产生一定的影响,在ISC 2015大会之后的一系列采访和参观活动中,这也是媒体最关注的话题之一。


联想企业级业务三大创新领域



联想能做出更商业化的HPC么?



访问联想位于德国斯图加特的EMEA企业级解决方案体验中心是一个有趣的体验,来到这一中心之后才猛然发现,这正是排名此次榜单497位的联想HPC系统LENOX的所在地,这个以5040个核心上榜的系统,相比其前面近百套系统最少相差3000多个核心,多则相差上万核心。


LENOX 高性能计算系统(局部),位于联想斯图加特EBC的HPC创新中心数据中心机房。

特别是在与LENOX的HPC专家Paul沟通中有一点发现值得注意:LENOX不会也没有计划采用加速器/协处理器技术提高HPC的Linpack结果,他表示,这一系统是为了"最广大商业环境中实际应用HPC系统"的客户所设计的,加速器/协处理器技术当然很好,对性能提升很高,但毕竟曲高和寡,"在普遍的商业环境中仍然是单一处理器架构更受青睐"。

除此以外,LENOX系统还有几点值得注意,第一,这是一套采用Mellanox 100G EDR InfiniBand连接的系统,开工建设时是市场上唯一采用EDR的HPC;第二,它采用128GB和64GB两种不同的内存配置,并且采用"Stateless"无磁盘结构,操作系统为RHEL 6.5;第三,这一系统的效率高达95%,165.9TFlops的性能只依靠总计5个机柜空间,占地面积非常小。

Paul表示,LENOX的设计思路就是要考虑到新技术、新产品在企业级客户商用HPC领域的验证和测试,所以,"(该中心)会采用最先进的技术(笔者注:LENOX使用的是最新的英特尔至强E5 v3处理器)来帮助企业客户验证他们的HPC建设或是商业计算模型","就像每一辆汽车都需要跑道进行测试,这个中心就是帮助客户进行开发和测试的地方,所以这个系统对EMEA乃至整个联想的HPC客户的系统建设非常重要。"

参观LENOX是一个很神奇的体验,这个HPC建设在离斯图加特市区不远的地方,大约500米的地方就是斯图加特的一个居民区;在参观时,建筑物外还有一群德国孩子在集体游戏;从这里驱车前往斯图加特最著名的奔驰汽车博物馆只需要15分钟左右的车程--无论如何,谁也不会想到排名在全球TOP500的HPC系统,就建设在这样一个地方。

Scott Tease,在谈到联想的HPC及整个服务器市场战略时说:"联想在中国的创新中心不仅设计了被称为'飞虎(FlyTiger)'的NeXtScale高性能计算优化系统,他们也投入了巨大的精力在大数据、云计算等领域,在HyperScale领域大量的工作。"

这位中文名叫狄考特的联想HPC专家,是联想高性能计算部门的执行总监,他表示,针对互联网、大数据以及云计算领域的HyperScale系统,与HPC系统面临的客户系统需求是类似的,成本、开放标准、高性能计算的计算和存储、工作负载优化、扩展系统的管理、整个系统的扩展性、高性能网络,"对联想来说,这些系统都是在商业领域的新机会,我们也会把HyperScale架构的设计思路应用到HPC中"。

他认为,HyperScale与HPC的共同点非常之多,特别是未来很多HPC"都会是以HyperScale的形态存在于互联网和云计算公司的",在公有云领域看到HPC也将是非常常见的事情。

在TOP500榜单中,亚马逊AWS的两套EC2集群分列137和302名,需要再次强调的是:进入到榜单中的都是"高性能计算系统",而不会"限定架构或应用途径",互联网甚至云服务商进入TOP500或是HPC领域已经是常态,是传统架构还是HyperScale,"其实客户并不需要太多的顾虑"。

"联想的飞虎系统(NeXtScale)采用共享电源、冷却和标准网络的设计,既可以风冷也可以水冷,也可以加上GPU或其他加速器/协处理器,甚至还可以用作存储。"Scott Tease说,NeXtScale是最新一代的针对HPC设计的系统,将"完全取代过去时的iDataPlex高性能计算服务器",成为联想在HPC领域最重要的产品。

不过,这并不意味着飞虎是唯一的选择,毕竟现在企业客户的应用形态和需求丰富多样,很难用一套系统"普适天下",Scott Tease表示,联想认为针对HPC的优化可以在System x产品线的各个领域中产生,不同的System x都会针对不同领域HPC用户的需求进行优化。

"针对HPC优化方面,联想会为客户提供System X6,这是一个大内存、低延迟的系统;Flex System,融合刀片系统适合集中化、小型化的HPC;联想还会为企业客户提供针对通用型HPC计算的机架服务器并进行一些优化。"

创新HPC技术加快融入商业化进程



出人意料的是,联想正在与Hartree、Cavium公司就ARM架构的高性能NeXtScale原型服务器进行合作,这将是一个采用64位ARM架构处理器的针对云计算和HPC环境优化的系统,受益于所有NeXtScale的IO托盘、GPU托盘,双路96核心,仅有80w功率:"联想与合作伙伴致力于针对云计算和HPC的64位ARM架构服务器的设计,共同建立侧重于HPC生态系统的ARM架构服务器环境,同时也会推进至强为核心的HPC的销售。"


用于HyperScale及HPC领域的ARM 64服务器原型设计



与此同时,联想借助NeXtScale系统和System x的iDataPlex所不断积累的水冷技术,在"30-45度的温水散热"以及"45度以上的热水散热"以及"对水质要求越来越低的自然水水冷"等方面,进一步商业化水冷技术的应用门槛,提高水冷的可靠性、可用性和能耗优势。

联想方面表示,目前System x的水冷技术随着NeXtScale对iDataPlex的替换已经走进第二代,"从2012年起就在尝试各种商用机会,并在TOP500榜单中出现"--本次榜单中排名20和21位的位于德国莱布尼茨计算中心的SuperMUC系统,正是联想HPC温水散热技术的使用者,相比要求更高的16-18摄氏度冷水散热技术,温水散热的可行性和可再生性都更好。


SuperMUC两个阶段的基本情况



"在绝大多数环境下,常温下的水温就能够保证System x服务器的要求,不需要单独的制冷设备,节约了制冷设备所产生的耗电,这是温水水冷最重要的一点。"据资料显示,莱布尼茨最新的SuperMUC(Phase 2,阶段2)的PUE值高达1.1,这与温水散热有着非常紧密的关系,在2014年底的Green500榜单中,一套应用于金融机构的System x HPC系统排名第六,远超TOP500排行榜中大量的领先系统。

联想高性能计算执行总监Luigi Brochard博士表示,HPC降低功耗需要依靠完整的监控和报告系统,针对每次工作的功耗和能耗、各节点/机箱的温度和功耗,建立起灵活、全面的降低功耗的策略,特别是要减少非活动节点功耗。

在软件方面,联想代号为"LiCO-联想智能计算架构"的项目,计划向使用开源HPC基础设施的新HPC用户提供简便的集群访问权,以更低的软件和管理成本使用HPC,在这一项目中,联想将为企业客户提供管理员门户与用户门户,实现统一的GUI与CentOS支持,并得到了英特尔平行化工作室的支持。目前这一计划正处于开发阶段,初始POC(原型验证)将首先专注于中国市场。

"LiCO-联想智能计算架构"POC工作中的很大一部分就是在联想软件(组件)、硬件之外,支持开源/第三方的硬件或软件环境,这对于极力要快速融合全球HPC市场,以加速HPC商业化应用推动中国市场业务的联想来说,显得极为重要。

毕竟,HPC市场是一个讲究长期持续为生态环境贡献,以技术、合作、生态环境以及TOP500共同铸造行业话语权的市场。

HPC竞争的不止是性能 还有生态环境



在全球HPC行业有一个常青树,那就是Cray公司,这家位于华盛顿州西雅图市的高性能计算系统供应商,曾经多次起起落落,最近今年凭借Titan系统长期处于TOP500亚军位置,却在几年前也曾遇到过濒临破产的囧境。在最新一期TOP500榜单上,Cray以71套系统位列供应商第三,占比达到14.2%。

之所以拿Cray来特别举例是有非常特殊的原因的,这家公司长期以来都是业界重要的HPC供应商,当年受到IBM、惠普、Sun等公司的挑战,HPC业务逐渐下滑,导致这家公司濒临倒闭,但凭借着在HPC领域的深厚积累以及大量已安装系统的升级换代、相关新系统的建设需求爆发以及行业内客户的信任,如今再度成为HPC行业的领导企业。

在HPC市场中,竞争的因素不仅仅是服务器,客户更注重供应商是否有成熟的经验、对行业应用是否了解、有多少客户特别是TOP500客户以及在HPC行业的历史是否悠久可信--这最后一点就是为什么SGI公司多次转手又多次濒临倒闭,如今仍然在TOP500榜单上拥有个45套系统的重要原因。

就联想来说,想要在全球HPC市场获得领先地位,在中国市场形成联想强大的营销环境,最重要的是了解、熟悉以及融合System x在全球HPC成功应用中的积淀、经验及客户好感度,并诚心实意的建立其一个围绕联想自身的得到广泛支持的HPC生态系统,以及向整个HPC生态环境中贡献更多的资金、项目、设备等资源。这正是IBM、惠普、Cray、SGI这样的公司所擅长的。

在完成对System x业务以及对相关HPC系统、知识产权、团队等的融合之后,联想需要针对合作伙伴、目标受众进一步加强与合作伙伴的关系和生态环境的影响力,从目前的情况来看,联想也认识到了这一点。

在ISC 2015期间联想宣布与英特尔、Mellanox进一步深化合作伙伴关系:联想将参加英特尔的"代码现代化实施计划"和采用英特尔的HPC可扩展系统框架;与Mellanox建立新的合作伙伴关系,加快新的系统和服务器技术的采用,以提升汽车设计的效率,比如用于汽车行业的、通过初审的(pre-qualified) "NeXtScale System nx360 M5 (36节点)+ Mellanox EDR 100Gb/s InfiniBand" 互联解决方案。

与此同时,联想将第一次赞助在今年ISC 2015大会期间举办的2015年学生集群电脑计算竞赛,这一竞赛如今已经进入第四个年头,这是与国际高性能计算咨询委员会和国际超级计算机大会合作举行的学生集群电脑计算竞赛(ISC 2015 Student Cluster Competition),旨在将下一代学生引入高性能计算的世界和群体,不管是在科学研究领域还是在商用系统领域。

联想集团副总裁、中国区大客户事业部销售总经理叶明在ISC 2015会议期间接受媒体采访时表示,在客户服务和行业拓展之外,"联想希望与合作伙伴及生态环境共同培育出一种协同创新的机制,让HPC解决最实际的问题,而不只是有一个耗费巨大电费的高性能计算系统。"在组件企业级售前技术支持团队(COC)之外,叶明表示,联想会在生态环境上投入更大的力度,包括针对教育领域的大学或专业团队的支持。

在联想之前,国内外的诸多HPC供应商已经赞助SCC学生竞赛有几个年头了,在这期间,来自各大专院校的"学生军"显示出了极强的技术实力,而长期的赞助(特别像是英特尔以Xeon Phi)的支持,也让这些未来的HPC人才逐渐熟悉、习惯某些编程模型、HPC软件或是硬件设备,在他们真正进入HPC行业之后,这些熟悉的、习惯的东西未免不会成为他们的第一选择。

另一方面,Mellanox和英特尔都是HPC行业非常前沿的企业,前者在互联架构后者在处理器、协处理器/加速器领域有着非常重要的市场地位,联想与他们的合作将有助于提升系统的利用率及提供给客户更多的附加值,这对联想来说自然是非常重要的。

在本次ISC 2015及TOP500榜单中,联想确实成为了一股重要的力量,但想要让IBM、惠普、Cray、富士通、SGI等竞争对手更重视,让最终客户把联想与HPC更好的联系起来,联想必须要明白:投资HPC市场的10块钱里,至少有5-6块钱是为了搭建一个更成熟、更稳定、更可信的HPC生态环境,而联想正在努力之中。

从斯图加特到北京 不止是推动HPC的交流与共赢



在TOP500排行榜上,欧洲的HPC系统的商业化普及率是相对较高的,这与日本的情况基本相同,如果说中国和美国正在开展"HPC领域的军备竞赛"的话,欧洲和日本的HPC市场长期以来坚持走的是"商用化第一"的发展道路。

前面说过,LENOX系统是位于斯图加特的EMEA企业级解决方案体验中心内的,这一中心即联想在斯图加特建立的EBC(Enterprise Briefing Center),LENOX则属于联想新全球HPC创新中心的一部分,后者是整个EBC的重要组成部分。

据Paul透露,联想新全球HPC创新中心将是一个以"位于客户所在地的卫星中心和联想莫里斯维尔基准中心"为组成部分的联想欧洲HPC创新中心的核心单元,肩负着联想HPC业务的研究、开发、支持以及测试等多方面的工作,并将以此为基础,建立联想在欧洲的HPC交流社区。

非常新的斯图加特EBC会议室,所有的遮阳帘、窗户、投影幕布等都是依靠中央电子控制,非常先进。

特别是,这个EBC是在今年6月8日刚刚建成揭幕的,虽然这一中心在去年联想收购IBM System x业务进程期间开始立项,整体的规划、建设、系统部署和功能区完善都是在联想完成整合System x业务之后。LENOX系统的建设更是在2015年元旦之后才开始的,可以说,整个斯图加特EBC都是在联想企业业务相关部门的支持和参与下完成的。

这一创新中心目前的HPC领域合作伙伴包括英特尔、Mellanox、NVIDIA、IBM等公司,并与欧洲的LRZ、STFC Hartree、BSC、CINECA、RZG、FZJ等组织、机构和公司保持长期密切的合作,其中值得注意的是:BSC即巴塞罗那超级计算中心,欧洲著名的超算中心,HPC系统MareNostrum即位于此,它同样是基于System x所建设的。

Paul谈到,在HPC的合作领域,联想新全球HPC创新中心将以LENOX为基础平台,肩负欧洲乃至全球的联想HPC业务的重任,帮助客户进行计算性能优化、原型系统验证等工作。

比如说,目前该中心就在与英特尔就"Xeon和EDR,Omnipath和Xeon Phi上的英特尔MPI性能扩展"、"优化OpenMP线程比率和MPI任务,提高整体性能"进行合作;与Mellanox在"采用真实的客户应用及EDR分别调整MPI和性能扩展"以及"利用新的MOFED和HPC-X(MXM、FCA、SHMEM和UPC)及UFM进行交换网络管理"等方面展开合作。

此外,联想的这一中心将"计划采用最新的技术保持'常春藤'系统",也就是说,LENOX系统将保持不断的技术更新和架构优化,紧跟HPC行业的最新趋势。

但HPC可不是斯图加特EBC的全部,要知道这一中心可是集"客户拜访、技术验证、合作开发和HPC创新"为一体的多功能的综合中心,这是一个面向整个联想企业级业务的EBC中心。


斯图加特EBC的主要架构



据联想方面给出的资料显示,斯图加特EBC的主要任务有如下几点:

·验证HyperScale和HPC系统
·研究软件定义数据中心,以及云计算、虚拟化、系统管理、终端计算和超融合系统
·为SAP和SAP HANA工作负载优化基础架构
·企业计算、存储和网络基础架构的验证

斯图加特EBC资深工程师Regon表示:"这一中心是联想在企业级业务领域投资最好的印证,它不止是为了C-Level的客户了解联想,更为了我们与客户能够深度进行技术上的交流合作。"

为了实现这一目标,该EBC配备了最新演示技术的现代中心,能够支持同时举办大量定制课程,满足根据定制的议程与客户开展双向交流的需要,提供了包括一对一客户高管体验、联想系统与软件产品介绍活动、技术验证和概念验证实施、针对特定解决方案的技术指标评测、战略研讨会和技术活动等一系列服务。

Regon表示,这一EBC将通过现场会议、环境测试以及远程会议等不同方式为客户提供服务,并融合到联想在全球的整个EBC(中国北京-美国罗利-德国斯图加特)网络中来,让斯图加特EBC能够成为"联想企业级产品和方案组合的开发、整合、生命周期管理与分发中心"。

虽然各有侧重,联想目前建立的三大EBC:北京、罗利、斯图加特,的总体业务目标都是推动联想企业级业务的发展,让企业客户"知道联想也是有企业级技术,而且技术还是非常成熟和具有相当水平的",同时也为联想更进一步开展企业级业务的客户支持、服务提供可靠、可信的保证。
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