?歷史視角看高性能計算的演變

高性能計算的歷史視角凸顯了該領(lǐng)域在過去幾十年中取得的顯著進步。

高性能計算 （HPC） 的發(fā)展是一段引人入勝的旅程，以技術(shù)上的顯著成就和突破為標(biāo)志。多年來，HPC 在推進科學(xué)研究、解決復(fù)雜問題以及增進我們對周圍世界的理解方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。當(dāng)我們深入研究 HPC 的歷史視角時，必須了解影響其發(fā)展的里程碑并了解它對未來的潛力。

隨著第一臺電子數(shù)字計算機的發(fā)展，高性能計算的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 40 年代。這些早期的機器，例如 ENIAC（電子數(shù)字積分器和計算機）和曼徹斯特 Mark 1，主要是為軍事和科學(xué)目的而設(shè)計的。它們體積大、價格昂貴且功能有限，但它們?yōu)槲磥淼挠嬎愕於嘶A(chǔ)。

在 20 世紀(jì) 50 年代和 60 年代，計算機技術(shù)的進步導(dǎo)致了大型計算機的發(fā)展，它們比它們的前輩更快、更強大。這些機器被大型組織和研究機構(gòu)用于數(shù)據(jù)處理和科學(xué)計算。1964 年推出的 IBM System/360 標(biāo)志著 HPC 歷史上的一個重要里程碑，因為它是第一個旨在涵蓋從小型企業(yè)到大型科學(xué)研究的廣泛應(yīng)用的計算機系列。

1970 年代出現(xiàn)了矢量超級計算機，它們專為高性能計算而設(shè)計。這些機器，例如由 Seymour Cray 開發(fā)的 Cray-1，利用矢量處理技術(shù)高速執(zhí)行復(fù)雜的計算。例如，Cray-1 能夠每秒執(zhí)行超過 1 億次浮點運算 （FLOPS），這在當(dāng)時是一項了不起的成就。這個時代也見證了并行計算的發(fā)展，涉及使用多個處理器協(xié)同工作來解決問題。這種方法后來成為現(xiàn)代 HPC 系統(tǒng)的基石。

20 世紀(jì) 80 年代和 90 年代帶來了微處理器技術(shù)的重大進步，這使得更強大和更實惠的個人電腦的開發(fā)成為可能。這一時期還見證了計算機集群的興起，它們是相互連接的計算機網(wǎng)絡(luò)，它們協(xié)同工作以提供高性能計算能力。集群允許 HPC 系統(tǒng)具有更大的可擴展性和靈活性，因為它們可以通過向網(wǎng)絡(luò)添加更多計算機來輕松擴展。Beowulf 項目于 1994 年啟動，是該領(lǐng)域的一項開創(chuàng)性工作，因為它證明了使用商品硬件和開源軟件構(gòu)建具有成本效益的 HPC 集群的可行性。

在 21 世紀(jì)，在處理器技術(shù)、內(nèi)存、存儲和網(wǎng)絡(luò)進步的推動下，高性能計算繼續(xù)快速發(fā)展。在單個芯片上包含多個處理單元的多核處理器的出現(xiàn)進一步提升了 HPC 系統(tǒng)的性能。此外，圖形處理單元 （GPU） 和現(xiàn)場可編程門陣列 （FPGA） 等加速器技術(shù)的出現(xiàn)為增強 HPC 系統(tǒng)的計算能力提供了新途徑。

如今，高性能計算在從天氣預(yù)報和氣候建模到藥物發(fā)現(xiàn)和金融風(fēng)險分析的廣泛應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。HPC 系統(tǒng)在人工智能領(lǐng)域也發(fā)揮著重要作用，可以訓(xùn)練復(fù)雜的機器學(xué)習(xí)模型和處理大量數(shù)據(jù)。展望未來，HPC 的持續(xù)發(fā)展有望釋放新的可能性并推動各個領(lǐng)域的創(chuàng)新。

HPC 的部署模式及挑戰(zhàn)

HPC 可以在本地、云端或混合模式下運行。在本地 HPC 部署下，企業(yè)和研究機構(gòu)可構(gòu)建一個由服務(wù)器、存儲解決方案和其他基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成的 HPC 集群，并自行管理和升級。在云端 HPC 部署下，云服務(wù)提供商負(fù)責(zé)管理基礎(chǔ)設(shè)施，企業(yè)和研究機構(gòu)可以直接使用并按用量付費。另外，一些企業(yè)會選擇混合部署模式，尤其是已經(jīng)投資購置了本地基礎(chǔ)設(shè)施，但又希望獲得云部署的速度、靈活性和成本節(jié)省優(yōu)勢的企業(yè)。當(dāng)本地部署中的排隊時間過長時，它們就會使用云來運行 HPC 負(fù)載，按需使用云服務(wù)。

本地部署模式下，企業(yè)可以全面掌控 HPC 運行，但同時也面臨一些挑戰(zhàn)，包括：

投入大量資金購置和持續(xù)升級計算設(shè)備、支付日常管理和其他運營成本、用戶需要排隊幾天或幾個月的時間才能運行自己的 HPC 負(fù)載，尤其是在需求激增時、采購周期較長，難以及時升級至功能更強、效率更高的計算設(shè)備，導(dǎo)致研究和業(yè)務(wù)發(fā)展速度受到影響。

考慮到本地部署環(huán)境的成本和其他挑戰(zhàn)，云端 HPC 部署越來越受歡迎。據(jù) Market Research Future預(yù)測，從 2017 年到 2023 年全球云端 HPC 市場將增長 21%。在云端運行 HPC 工作負(fù)載，企業(yè)只需按使用付費且可在需求發(fā)生變化時快速擴容或減容。

如今，為了贏得和留住客戶，頂級云提供商開發(fā)了專為 HPC 負(fù)載而設(shè)計的領(lǐng)先技術(shù)，可以有效避免本地 HPC 設(shè)備老化帶來的性能下降。它們可以提供最新、最快速的 CPU 和 GPU 以及低延遲閃存存儲、極速 RDMA 網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)級安全性，提供全天候服務(wù)可用性，盡可能降低甚至消除排隊時間。

總之，高性能計算的歷史視角凸顯了該領(lǐng)域在過去幾十年中取得的顯著進步。從早期的電子數(shù)字計算機到今天復(fù)雜的 HPC 系統(tǒng)，高性能計算的發(fā)展一直以不斷創(chuàng)新和對更高性能的不懈追求為標(biāo)志。隨著我們不斷突破 HPC 的可能性界限，毫無疑問，這項技術(shù)將在塑造我們對世界的理解和推進人類知識發(fā)展方面發(fā)揮越來越重要的作用。