高性能計算之七-CAX設(shè)備的演進(jìn)

計算機(jī)硬件技術(shù)的發(fā)展正在進(jìn)入一個全新階段，為了順應(yīng)云計算的發(fā)展趨勢，硬件廠商的技術(shù)革新重點(diǎn)已經(jīng)從桌面端設(shè)備轉(zhuǎn)移至服務(wù)器端設(shè)備。圍繞CAX軟件針對硬件設(shè)備的需求，我們可以簡單梳理一下當(dāng)前硬件設(shè)備的變化情況：

? CPU中央處理器

CPU技術(shù)目前明顯分化為高性能與低功耗兩大方向，也可從應(yīng)用設(shè)備差異上分對服務(wù)器側(cè)與客戶端側(cè)。

服務(wù)器端的CPU仍然以X86架構(gòu)為主流，以Intel為例，E5 V3系列CPU正在逐漸成為企業(yè)級計算中心建設(shè)的性價比優(yōu)選，單顆CPU已經(jīng)可以輕松突破8個核心，且支持虛擬化技術(shù)。

客戶端的CPU分化為高性能型與經(jīng)濟(jì)型。以Intel為例，高性能型客戶端CPU主要包括酷睿i7、i5等型號，而經(jīng)濟(jì)型則以凌動Atom為主。眾所周知，Atom在移動端受到了ARM的強(qiáng)烈***。

令人憧憬的是，國產(chǎn)CPU研發(fā)廠商知難而進(jìn)，龍芯、申威步步為營，但是截至目前仍未進(jìn)入企業(yè)級服務(wù)器市場。

IBM在中國力推OpenPower聯(lián)盟并爭取到了一批盟友，但是由于CAX軟件生態(tài)的特殊性，未來較難遷移至OpenPower基礎(chǔ)架構(gòu)。

從CAX軟件應(yīng)用實(shí)踐出發(fā)，我們?nèi)匀唤ㄗh當(dāng)前選擇Intel品牌作為主要適配CPU，服務(wù)器端以E7、E5系列為主，現(xiàn)在為擴(kuò)展性CPU，桌面端以i7、i5系列為主。

? RAM內(nèi)存

內(nèi)存技術(shù)的發(fā)展比較平穩(wěn)，主要可以分為高端的服務(wù)器內(nèi)存與普通的PC機(jī)內(nèi)存。服務(wù)器內(nèi)存采用了一些特有技術(shù)，如ECC、ChipKill、熱插拔技術(shù)等，具有極高的穩(wěn)定性和糾錯性能。

針對CAX軟件應(yīng)用場景，建議采用ECC DDR4規(guī)格以上的內(nèi)存，如果數(shù)據(jù)處理負(fù)載較大的工作，建議內(nèi)存配置盡量大，或者可以遵循RAM / CPU Core > 8的簡單規(guī)則進(jìn)行選購。

? DISK硬盤

硬盤有固態(tài)硬盤（SSD 盤，新式硬盤）、機(jī)械硬盤（HDD 傳統(tǒng)硬盤）、混合硬盤（HHD 一塊基于傳統(tǒng)機(jī)械硬盤誕生出來的新硬盤）。SSD采用閃存顆粒來存儲，HDD采用磁性碟片來存儲，混合硬盤(HHD: Hybrid Hard Disk)是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤。

SSD硬盤對于CAX應(yīng)用的效率提升是比較顯著的，但是由于容量、成本的問題，還沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。但是值得注意的是，2014年SanDisk以11億美金收購了Fusion-IO，國內(nèi)廠商華為也開始推出企業(yè)級PCI-E固態(tài)硬盤。相信在不久的將來，企業(yè)用戶將更多的配置固態(tài)硬盤作為CAX業(yè)務(wù)計算資源，很多高性能計算已經(jīng)采用全閃存了。

? GPU圖形處理器

圖形處理器（Graphics Processing Unit，縮寫：GPU）是一種專門負(fù)責(zé)圖像運(yùn)算工作的微處理器，主流廠商主要有NVIDIA、INTEL、AMD。

GPU當(dāng)前有兩個比較重要的應(yīng)用方向，一個是云計算，另一個則是加速計算。GPU在云計算上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在虛擬化架構(gòu)適配性，比如NVIDIA的Grid K1/K2、Tesla M6/M60；而GPU在加速計算方面則更有成就，NVIDIA的 P4/P40/P100，V100等都在超級計算中心建設(shè)競賽中屢立奇功。

CAX應(yīng)用場景如需發(fā)展云計算模式或者高性能計算，則必須考慮GPU技術(shù)及產(chǎn)品的選擇。

? Server服務(wù)器

服務(wù)器市場波詭云譎，IBM已經(jīng)將X86服務(wù)器全球業(yè)務(wù)整體出售給聯(lián)想，HP中國已將服務(wù)器、存儲和技術(shù)服務(wù)注入新華三，并與紫光共同打造國產(chǎn)品牌，外國服務(wù)品牌只剩戴爾、思科仍在堅守。

國內(nèi)服務(wù)器品牌以聯(lián)想、華為、華三、浪潮、曙光等為翹楚，為國內(nèi)用戶帶來更多的技術(shù)革新與產(chǎn)品整合。

CAX應(yīng)用場景對服務(wù)器的性能及穩(wěn)定性要求較為苛刻，企業(yè)用戶需慎重選擇品牌服務(wù)供應(yīng)商。

? Storage存儲

云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)變革的浪潮席卷之下，存儲技術(shù)的發(fā)展日新月異。三種常見存儲方式DAS、NAS和SAN，但是多家存儲廠商在內(nèi)部構(gòu)架、文件格式等方面進(jìn)行了一系列革新。

以華為的OceanStor 9000為例，是將多個存儲節(jié)點(diǎn)聚合起來，形成一臺整體的NAS。每個節(jié)點(diǎn)既是提供容量的存儲，又是支持訪問的機(jī)頭。單個存儲節(jié)點(diǎn)的性能不一定出色，但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)到達(dá)一定數(shù)量，其容量和性能就超過了高端的傳統(tǒng)NAS，我們稱這種架構(gòu)為Scale-Out的集群。內(nèi)部文件格式為WushanFS，支持NFS，CIFS，F(xiàn)TP等NAS訪問協(xié)議。通過項目實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)分布式NAS設(shè)備適用于CAX應(yīng)用所產(chǎn)生大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理需求，未來將會在先進(jìn)制造業(yè)得到大量應(yīng)用。

另外在傳統(tǒng)的并行存儲系統(tǒng)方面，IBM的GPFS、DELLEMC的Islion，仍然具備強(qiáng)大的市場生命力，適用于追求性能的CAE并行求解計算場景。

? 高速網(wǎng)絡(luò)

服務(wù)器端互聯(lián)的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅猛，計算中心內(nèi)部通常采用萬兆網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)。在追求MPI效率的CAE并行求解場景中，Infiniband技術(shù)已經(jīng)成為主流，當(dāng)前性價比較高的選擇為56Gb FDR Infiniband互聯(lián)設(shè)備。100Gb Infiniband設(shè)備目前也開始進(jìn)入商用。

綜合以上硬件設(shè)備的發(fā)展動態(tài)，我們不難發(fā)現(xiàn)，硬件設(shè)備的發(fā)展重心已經(jīng)完全傾向于服務(wù)器端，這為CAX計算資源集中化創(chuàng)造了客觀便利條件。