AMD全新架構計算卡Instinct MI100，專為HPC高性能計算而生

在游戲領域，基于RDNA 2架構的Radeon RX 6000系列顯卡已經(jīng)開始閃亮登場。在高性能計算領域，基于CDNA全新架構的新一代計算卡Instinct MI100也終于登臺了！

AMD Radeon Instinct系列計算卡已經(jīng)發(fā)展了多款型號，但是在此之前，AMD GPU一直都是一套架構打天下，游戲、計算不分家，自然不利于不同方向的深度優(yōu)化。

今年3月份，AMD宣布了首個專門針對數(shù)據(jù)中心高性能計算而設計的CDNA架構，從此與RDNA游戲架構分道揚鑣。二者雖然還有一些共通點，但在設計、優(yōu)化上已經(jīng)涇渭分明，在各自領域的性能、能效也更高。

而在產(chǎn)品命名方面，AMD計算卡也放棄了Radeon字樣，不再稱呼Radeon Instinct，而是簡單地叫做Instinct。

AMD Instinct可以說是專為HPC高性能計算而生的，志在推動超級計算機進入百億億次計算時代（ExaScale）。

回顧歷史，21世紀的前10個年頭屬于萬億次計算時代（TeraScale），完全依賴CPU運算;最近10個年頭屬于千萬億次計算時代（PetaScale），GPU加速運算展露鋒芒。

不過近兩年，傳統(tǒng)的GPU加速計算也已經(jīng)初顯疲態(tài)，性能增強曲線也緩了下來，必須實現(xiàn)全新的突破。

CDNA架構和MI100加速卡就是這樣的突破性產(chǎn)品，也是AMD開拓新未來的新旗艦。

AMD Instinct MI100是其迄今為止性能最高的HPC GPU，F(xiàn)P64雙精度浮點性能首次突破10TFlops（也就是每秒1億億次），并在架構設計上專門加入了Matrix Core（矩陣核心），用于加速HPC、AI運算，號稱在混合精度和FP16半精度的AI負載上，性能提升接近7倍。

另外，新卡的外觀設計也令人眼前一亮，更有質(zhì)感的拉絲外殼，深灰色調(diào)，非常沉穩(wěn)大氣。

它集成多達120個計算單元、7680個流處理器，搭配32GB HBM2，帶寬高達1．23TB/s，同時支持PCIe 4．0，集成Infinity Fabric x16高速互聯(lián)通道，峰值帶寬達276GB/s（相當于PCIe 4．0 x16的大約4倍），而整卡功耗控制在300W。

計算性能方面，F(xiàn)MA64/FP64雙精度為11．5TFlops（每秒1．15億億次），F(xiàn)MA32/FP32單精度為23．1TFlops（每秒2．31億億次），F(xiàn)P32 Matrix單精度矩陣計算為46．1TFlops（每秒4．61億億次），F(xiàn)P16 Matrix半精度矩陣計算為184．6TFlops（每秒18．46億億次），Bfloat16浮點為92．3TFlops（每秒9．23億億次）。

這些數(shù)字是什么概念呢？

就拿11．5TFlops的雙精度性能來說，2000年排名世界第一的超級計算機ASCI White，這個指標也不過12．3TFlops，但卻是付出了600萬瓦的功耗、106噸的身材才獲得的，Instinct MI100卻只要300瓦、1．16千克。

換言之，如今的一塊卡，就相當于20年前的一個大規(guī)模計算集群！

AMD上代計算卡Instinct MI50采用的還是Vega 20核心，60個計算單元，3840個流處理器，32GB HBM2顯存帶寬1TB/s，Infinity Fabric總線帶寬92GB/s，功耗300W。

Instinct MI100的核心規(guī)模翻了一番，顯存帶寬提升了超過20%，Infinity Fabric帶寬提升了整整2倍，但是功耗卻完全沒變（工藝應當也還是7nm），新架構的能效可見一斑。

新卡的性能更是不可同日而語，F(xiàn)P64雙精度、FP32單精度性能均提升74%，F(xiàn)P32矩陣性能提升接近2．5倍，AI負載性能更是幾乎7倍的飛躍。

在美國能源部旗下的橡樹嶺國家實驗室，AMD MI100計算卡已經(jīng)在支撐多項百億億次科研項目，涉及NAMD分子動力學模擬、CHOLLA星系形成研究、PIConGPU激光放射癌癥療法、GESTS流體動力學等等諸多前沿科技。

AMD Instinct MI100計算卡還有一個絕佳搭檔，那就是AMD自家的霄龍數(shù)據(jù)中心處理器，慧與、戴爾、超威、技嘉等多家行業(yè)巨頭都有提供這種雙A方案。

當然了，只有硬件，是做不成高性能計算的，AMD同時一直在推進一站式軟件解決方案ROCm。

從2016年初入江湖的1．x版本，2018年奠定基礎的2．0版本，到2019年專注于機器學習的3．0版本，再到如今最新的4．0版本，AMD ROCm已經(jīng)打造成了一整套針對機器學習、高性能計算的百億億次級開發(fā)方案，規(guī)劃中的各項功能特性也基本都已經(jīng)實現(xiàn)。

軟件優(yōu)化的力量無疑是巨大的，可以充分釋放硬件潛力，比如說上代MI50，搭配ROCm 3．0的話性能相比于搭配ROCm 2．0可以提升3-4倍，而最新的MI100、ROCm 4．0聯(lián)合，更是可以輕松帶來5-8倍的性能提升。

AMD ROCm生態(tài)的進步速度非?？?，已經(jīng)有眾多領域的頭部廠商采納和支持，而且它沿襲了AMD一貫的原則，那就是完全開源開放，非常方便代碼遷移，比如說HACC（宇宙學）只用了一個下午，SPECFEM3D（地震學）半天就搞定，CHOLLA（天體物理學）花了幾天，QUDA（量子物理學）也不過21天。

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