多核挑战、可重构计算和千万亿次
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【专稿】11月25日至26日，北京汤山假日会议中心，由中国软件行业协会数学软件分会主办的2006年第三届全国高性能算法软件研究开发研讨会在此举行。 在此次会议上，中科院软件所并行计算实验室副主任张云泉副研究员详细剖析了2006年中国HPC TOP100排行榜的特点（该排行榜两周前已经公布，见IT168报道：最新高性能计算机TOP100出炉，专访：高性能计算机评测呼唤新标准）。中科院计算所系统结构研究部主任孙凝晖研究员带来了对千万亿次超级计算机的构想——“HPP：一种千万亿次计算机的体系结构”。清华大学计算机系/国家863高性能计算机评测中心副主任陈文光副教授则对多核处理器的软件挑战给予了精辟的阐述。 总体来看，这次大会亮点比较多，是今年中国高性能计算领域不可多见的一次思想盛宴。从产业的角度来看，多核处理器对软件的挑战、可重构计算以及千万亿次HPC计划是其中的三大亮点，引起了与会代表的广泛关注。 多核处理器技术推动软件发展 多核设计正在为摩尔定律带来新的生命力。目前，英特尔已经推出了双核、四核至强和双核安腾处理器，AMD也推出了双核并即将推出四核皓龙芯片，IBM的Power5+芯片同样是双核设计，针对HPC和图形运算的CELL芯片更是拥有1+8个核，SUN公司的Ultrasparc T1也拥有8个核，Clearspeed(96核)、思科NPU（192核）、RIKEN（512核）更是推出了拥有数十个甚至数百个核的芯片，预计到2020年，千核CPU也会诞生。同时，多核技术在高性能计算中也已获得了广泛应用。在11月份公布的全球最新TOP500超级计算机中，有75套系统采用AMD皓龙双核CPU，31套系统采用了英特尔最新推出的Woodcrest双核至强芯片。
AMD多核皓龙处理器路线图 AMD中国区技术经理刘文卓在会议上透露了AMD未来一段时间内的四核CPU计划，预计明年中AMD将推出代号为Barcelona的四核皓龙芯片，明年下半年推出针对单路、可用于笔记本和台式机的Budapest，08年上半年还会推出代号为“上海”的更新一代四核皓龙处理器，这些产品均可以在实现性能提升的同时保持功耗不变。 然而，多核CPU对软件和应用的影响已经凸现。因为只有在软件能够充分利用多核处理器的特性时，多核CPU优势才能体现出来。当前，多核处理软件总体滞后于硬件，软件开发商面临技术和商业问题，软件界缺少为多核处理器进行高效编程的标准工具，缺少开发并行应用所需的技巧。 清华大学计算机系/国家863计划高性能计算机评测中心副主任陈文光副教授向大会作了《多核处理器的软件挑战》报告，他指出，多内核处理器对软件提出的最大挑战在于并行应用的开发，包括需要开发新的编程模型如X10、Transactional Memory，优化现有的编程模型如MPI和OpenMP，以及解决并行程序调试中的开销问题。
陈文光副教授阐述多内核处理器的软件挑战 陈文光介绍说，多核处理器延续并加重了以往并行计算给软件编程带来的挑战，同时也带来新的机遇。线程级并行、共享缓存、非一致的内存访问开销等特性在以往的SMP、NUMA等体系中已经出现，并不是多核带来的新东西。但在SMP系统中，两个芯片之间的通信会受到系统总线带宽的限制，而多核处理器的内核间的带宽已经大大增加，通信延迟大大减少。为了有效地利用这种优势，就需要开发新的编程模型或对现有的MPI、OpenMP等进行优化。另外，从市场的角度来看，多核的普及使得并行系统的价格门槛大大降低，拥有多处理器（核）系统的用户范围大大扩展，所以需要业界开发很多并行的应用软件。但对于不同层次的软件，从底层的OS和Hypervisors、系统库、中间件一直到最上层的应用软件和框架，多核带来的挑战和问题是不一样的，因此需要区别对待。 陈文光认为，对于科学计算、服务器和桌面系统用户而言，多核带来的影响也会不同。对科学计算而言，部分程序员已经能够运用MPI、OpenMP等进行并行编程，MPI程序也可以在多内核系统上直接执行，同时随着并行系统的普及，OpenMP会更加流行，但如何同时支持多核SMP系统和集群系统是一大挑战。对于服务器用户而言，大部分程序采用多线程（PThread，JAVA Thread或Win32 Threads）模型，原有的多线程程序还可以直接执行，因此影响相对不大。受多核影响最大是桌面系统的用户，由于除了少数应用如图像处理、3D制作，大部分程序都是串行程序，而OpenMP对于大多数桌面系统程序员来说过于复杂，因此对新的高效并行程序设计语言有强烈需求。 随着核心的增多，多核对服务器和HPC应用的挑战也会越来越大。有专家认为，CPU在超过16个核以后，就难以带来更大的性能提升。
（编辑：ASP站长网） |
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