构建实用的超级计算机而不是冲击性能记录

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IBM 的 Blue Waters 超级计算机将于明年上线，它将是马拉松运动员而不是短跑选手。它确实会提供 10 petaflop 的高峰性能，但是高峰性能并不是它追求的目标。Blue Waters 的性能会稳定在至少 1 petaflop，这会帮助有幸使用此资源的研究人员解决实际问题。在许多科学领域中，这会产生在当今的超级计算机甚至网格系统上不可能得到的结果。

伊利诺伊大学与 IBM 和 National Science Foundation 合作构建这台计算机。伊利诺伊大学的 Blue Waters 项目代理主管 Bill Kramer 指出，“这是一台稳定的计算机，其目标不是实现更高的高峰性能或 Top500。我们只关注实际工作。” 这个系统用途广泛，而不是像大多数超级计算机那样只针对特定用途构建，所以它在效用和速度两方面是独一无二的。

为科学服务

项目必须符合几个条件才能获得 Blue Waters 的使用时间，主要是 National Science Foundation 的千兆级资源分配（PRAC）标准。要想获得 PRAC，项目必须有在其他大型系统上无法解决的问题，项目团队必须有能力利用 Blue Waters 的独特功能。另外，Kramer 指出，还要经过同行评审过程，也就是由项目领域内的专家评估申请。

许多不同的学科已经提出了申请。Kramer 指出，一些项目来自传统上与超级计算机相关联的领域，但是其他项目并不是通常的超级计算项目，这说明稳定的千兆级计算完全可能参与新的领域。Kramer 说，“与分析疾病传播方式、进化和地震建模一样，其他一些领域也在尝试通过更大规模的科学计算实现突破。我们确实不知道哪些应用程序会在 Blue Waters 上运行，这带来了很大的挑战，我们不能针对某一项目或某一套应用程序设计这个系统。” 到目前为止，第一年大约一半的研究资源已经分配了。今年夏天和以后每年会公布更多项目。

Blue Waters 将会同时运行大约 35 个大型 PRAC 项目，以及许多小型的学生项目。Kramer 指出，企业也可以通过行业计划在 Blue Waters 上运行研究项目。这台机器将会同时运行来自保险公司、工业公司和需要处理海量数据的其他企业的 3 到 6 个项目。对 Blue Waters 行业计划感兴趣的企业可以通过项目网站联系 Kramer。

第一批研究团队已经为在 Blue Waters 上运行数据准备了一年多时间。在机器上线之前，这些早期用户在 Blue Waters 团队的帮助下做了充分的准备，他们的项目随时可以投入运行。这个团队使用处理器模拟和此系统将采用的一些 POWER7 技术帮助研究人员调整其设计和代码。研究人员有机会调整和改造代码并优化程序，从而让更多的处理器、更多的核和 Blue Waters 的新型互连线路发挥作用。Kramer 说，“现在，我们正在尝试解决所有问题，这样的话，当系统投入运行时，就能够马上产生结果。”

大地、水和风

Blue Waters 运行的一些项目将利用所有先进技术研究基本的自然事物，比如大地、风和水。

来自 University of Southern California 和 Carnegie–Mellon University 的一个地震学家和市政工程专家团队已经获得了 Blue Waters 计算时间，他们将对 San Andreas 断层沿线的潜在地震及其对桥梁和建筑的破坏进行建模。根据一份 Blue Waters 资料，这个团队将会取得只能在千兆级系统上获得的详细数据。

来自两所大学和两家气候研究机构的科学家团队将使用 Blue Waters 测试和调整天气预报方法。

Iowa State University 的团队将在 Blue Waters 上运行他们开发的计算化学软件。Mark Gordon（资深化学家，爱荷华州 Ames 实验室的应用数学和计算科学项目主管）将使用此软件在分子级上研究水。根据这所大学所说，我们对水的许多性质仍然不很了解。

不只是机器

构建超级计算机的过程远远超越机器本身。Kramer 指出，按成本来算，构建 Blue Waters 的工作量大约是计算机、辅助设施以及运行和支持此系统各占三分之一。这包括开发高级编程语言、供应和建模、管理海量数据和复杂性的新方式、一种 Kramer 认为 “新颖” 的存储基础设施、分析功能和到远程研究站点的高速数据连接。

Kramer 说，“所以这是一个完整的生态系统。其中一部分是物理组件，比如大型自动机械、磁盘和服务器以及运行所需的其他机器。在计算机空间安全性方面，我们正在做一些改进，从而确保系统只用于适当的用途。为了确保系统非常容易使用，我们采用了许多开放源码工具，主要是围绕 Eclipse 框架的工具。”

尽管研究科学家可能是最渴望看到 Blue Waters 上线的，但是这个项目也会大大促进计算技术本身。Kramer 指出，除了对开放源码 Eclipse 框架的改进之外，Blue Waters 的集成通信基础设施也是开放源码的。“另一个重要的成果是我们在构建这个大项目时获得的信息和经验。我们计划让其他人可以通过所有这些信息了解系统的运行方式、我们发现的不太理想的方面以及我们解决这些问题的方法。我们会尽可能与所有人分享这些经验。”

Blue Waters 团队必须解决 IT 人员经常面对的许多问题：如何利用有更多核而不是更快的核的系统，如何解决目前和未来的内存瓶颈和 I/O 问题。Kramer 说，“在尝试把性能从数十或数百 petaflop 提高到数千 petaflop 的过程中，我们研究了软件、硬件和方法方面所需的东西，我们把这个项目作为试验性平台，通过它发现问题，然后尝试尽可能提高计算规模。”

结束语

“总之，最快的系统不一定有实际意义，除非它也是对于科学研究人员最具生产力或最有效的工具。” Kramer 说。实际上，稳定的性能决定解决问题花费的时间。“我们的设计、权衡和投资都以提高稳定的性能为目标，让系统上运行的真实工作能够促进科学进步。相对于追求突破性能记录的荣誉，这个项目更关注用户和真实结果，所以这是一个独特的高性能计算项目。”

关于作者

Morgon Mae Schultz 是 MSP TechMedia 的编辑。

http://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/systemmaga/4/build_workhorse/index.html