وبلاگ در باره اینتل بهره‌وری محاسبات با کارایی بالا را افزایش می‌دهد

در تحقیقات علمی، طراحی مهندسی، مدل سازی مالی و بسیاری از زمینه های دیگر، تقاضا برای قدرت محاسباتی هیچ محدودیتی را نمی شناسد.زمانی که معماری های کامپیوتری سنتی ناکافی باشند، High Performance Computing (HPC) به عنوان راه حل حیاتی برای مقابله با مشکلات پیچیده و پیشروی تکنولوژیکی ظهور می کند.این مقاله جنبه های جامع ساخت معماری های HPC مبتنی بر فناوری اینتل را بررسی می کند، ارائه راهنمایی به کاربران، سازندگان سیستم و توسعه دهندگان نرم افزار به دنبال به حداکثر رساندن پتانسیل HPC.

محاسبات با عملکرد بالا (HPC) به ادغام محاسبات موازی، محاسبات خوشه ای،و فناوری های محاسباتی توزیع شده برای ترکیب منابع محاسباتی متعدد برای حل مشکلات فراتر از توانایی ماشین های فردیسیستم های HPC معمولی شامل پردازنده های متعدد، شبکه های اتصال با سرعت بالا، سیستم های ذخیره سازی با ظرفیت بزرگ و محیط های نرم افزاری بهینه شده هستند.

از پردازنده های بردار اولیه تا خوشه های محاسباتی ناهمگن امروز، HPC تکامل قابل توجهی را تجربه کرده است. پیشرفت در فناوری پردازنده، شبکه سازی،و راه حل های ذخیره سازی به طور چشمگیری عملکرد سیستم را بهبود بخشیده اند در حالی که امکانات کاربردی را گسترش می دهندامروزه، HPC به عنوان یک ابزار ضروری برای کشف علمی، نوآوری مهندسی و تصمیم گیری تجاری عمل می کند.

اینتل موقعیت محوری را در چشم انداز HPC حفظ می کند. به عنوان یک تولید کننده چپ پیشرو جهانی، این شرکت نه تنها پردازنده های با عملکرد بالا، حافظه،و تجهیزات شبکه اما همچنین توسعه ابزارهای نرم افزاری پیشرفته و فن آوری برای بهینه سازی بهره وری سیستمراه حل های اینتل همه لایه های زیرساخت های HPC را از قطعات سخت افزاری تا سیستم عامل های توسعه نرم افزار پوشش می دهد و پایه ای قوی برای ساخت و اجرای برنامه های HPC ایجاد می کند.

یک معماری استاندارد HPC شامل چندین ماژول اساسی است:

• گره هاي محاسباتي:واحدهای پردازش مرکزی مسئول اجرای وظایف محاسباتی هستند که هر کدام معمولاً حاوی چندین پردازنده، حافظه و رابط شبکه هستند.
• شبکه های اتصال:کانال های ارتباطی با سرعت بالا که گره های محاسباتی را به هم متصل می کنند، جایی که عملکرد شبکه به طور مستقیم بر قابلیت کلی سیستم تاثیر می گذارد.
• سیستم های ذخیره سازی:مخازن داده برای برنامه ها و برنامه ها، جایی که ظرفیت، پهنای باند و تاخیر به طور قابل توجهی بر عملکرد تأثیر می گذارد.
• محیط نرم افزار:اکوسیستم عملیاتی شامل سیستم عامل ها، کامپایلرها، کتابخانه های برنامه نویسی موازی و برنامه ریزی کننده های کاری که به طور جمعی کارایی برنامه را تعیین می کنند.

طراحی سیستم HPC موثر نیاز به تعادل الزامات برنامه، منابع سخت افزاری و محدودیت های بودجه از طریق چندین رویکرد شناخته شده دارد:

• محاسبات موازی:تجزیه کار در چندین پردازنده برای اجرای همزمان، عملکرد را به طور چشمگیری بهبود می بخشد.
• محاسبات خوشه ای:کامپیوترهای متصل به هم که منابع یکپارچه را برای افزایش قابلیت و قابلیت اطمینان تشکیل می دهند.
• شبکه / محاسبات توزیع شده:منابع جغرافیایی پراکنده که ابر رایانه های مجازی ایجاد می کنند که از ظرفیت بیکار استفاده می کنند.
• ابر ترکیبی:ترکیب زیرساخت های محلی با منابع ابر عمومی برای مقیاس پذیری پویا.

اینتل راه حل های جامع HPC را ارائه می دهد که شامل موارد زیر است:

• پردازنده های مقیاس پذیر Intel® Xeon®:هدف ساخت برای بار های کاری HPC با تراکم محاسبات استثنایی.
• اينتل oneAPI:یک مدل برنامه نویسی باز و یکپارچه برای توسعه معماری متقابل
• شبکه های با کارایی بالا:راه حل های اتصال با تاخیر بسیار کم
• کتابخانه ها/ ابزارها بهینه شده:کتابخانه های ریاضی پیشرفته، کامپایلرها و تحلیلگرهای عملکرد.

با افزایش تعداد هسته پردازنده، محاسبات موازی برای بهینه سازی عملکرد ضروری شده است. دو الگوی اصلی وجود دارد:

• موازی بودن داده ها:تقسیم مجموعه داده های ورودی در میان هسته ها (به نظر می رسد برای پردازش تصویر / ویدیو مناسب است).
• موازی کاری:توزیع زیر وظایف محاسباتی مستقل (مؤثر برای شبیه سازی های علمی).

توسعه دهندگان از مدل های برنامه نویسی مانند OpenMP (حافظه مشترک) ، MPI (پیام رسان) و oneAPI (معماریه متقاطع) برای به حداکثر رساندن استفاده از چند هسته استفاده می کنند.

خوشه های HPC چندین گره محاسباتی را از طریق اتصالات بین المللی با سرعت بالا ترکیب می کنند که توسط برنامه ریزان کار مدیریت می شوند که وظایف را در سراسر استخر منابع اختصاص می دهند. ملاحظات مهم شامل:

• انتخاب پردازنده / حافظه برای گره های محاسباتی
• ویژگی های پهنای باند شبکه / تاخیر
• پارامترهای عملکرد سیستم ذخیره سازی
• کارایی الگوریتم برنامه ریزی

چشم انداز HPC همچنان از طریق چند روند کلیدی در حال تکامل است:

• محاسبات متضاد:ادغام پردازنده های متنوع (CPU ها، GPU ها، FPGA ها) برای بار های کاری تخصصی.
• ادغام ابر:مقیاس پذیری انعطاف پذیر منابع از طریق سیستم عامل های ابری
• تقابل هوش مصنوعی:ادغام الگوریتم های یادگیری ماشین در جریان های کاری سنتی HPC.

اینتل همچنان متعهد به پیشرفت فن آوری های HPC از طریق نوآوری مداوم در راه حل های سخت افزاری و نرم افزاری است، که رهبری مداوم در این حوزه محاسباتی حیاتی را تضمین می کند.