功耗性能兼得 Kepler造世界第一超级计算机

  【天极网DIY硬件频道】据报道，美国能源部在田纳西州橡树岭国家实验室在本周一正式上线一台名为"Titan"（中文译名“泰坦”）的超级计算机，成为目前地球上最快的超级计算机系统，而且要比之前最快的Sequoia（中文译名“红杉”）性能高出25%。这个对于已经达到几乎巅峰计算能力的超级计算机来说，能够取得这样的提升绝对称得上里程碑式的突破，而实现这个跨越的重点主角，也是这台史上最强计算系统90%计算能力的来源，就是我们熟悉的NVIDIA所推出的Kepler GPU。

  科研的需求，实力的象征

  超级计算机，顾名思义就是计算能力非常强大的系统，一般都是通过用多个处理器并联的方式来实现这个功能。超级计算机的应用很广泛，生物、地质、生态等高科技领域和尖端技术研究都需要一个庞大的系统去完成无数超级复杂的运算，正因为这个庞大的系统很复杂，所以目前能够拥有超级计算机，尤其是高性能超级计算机的国家寥寥无几。

  由于在科研上举足轻重的作用，计算速度越快就意味着在某项科研成果中能够更快取得进展和突破，因此超级计算机也成了美、意、德、法等传统欧美强国的必备“武器”，而且还在不断进行“军备竞赛”，我国的超级计算机技术起步也较早，有多台甚至在目前世界排名前列位置。2010年在天津竣工的天河一号A，就一度问鼎世界之巅。

  从CPU到GPU，超级计算机思路破瓶颈

  衡量超级计算机的标准无非有二：性能、功耗，性能一般用每秒运算速度来衡量，而成千上万甚至上十万个CPU、GPU并联的庞大机柜让发热量也成为一个头痛的问题，同时每小时数千瓦时的电能消耗也让功耗成为不可忽视的重点。

  能够实现庞大的计算方式，无疑要通过非常多的处理器才能完成。在超级计算机技术起步之初，基本上只能靠单一的CPU去完成这个操作，而近年来GPU的异军突起，正在迅速成为超级计算机的另一个运算突破关键点。在CPU频率和核心的发展遇到瓶颈的时候，GPU强大的运算能力开始逐渐备受关注，与传统的CPU相比，GPU具有更加出色的浮点运算性能，而在两者结合后，可以获得更为出色的效果。

  2009年底，我国首台自主研发的千万亿次超级计算机天河一号就首次采用了CPU+GPU的高效率异构运算设计，除了传统的CPU外，还采用了2560块Radeon HD 4870 X2显卡，显卡的高浮点运算性能首次被运用在超级计算机上。

  新工艺新架构发力，英伟达再次创下超级计算机里程碑

  在天河一号取得重大突破后，仅过了一年，国防科技大学在其基础上对加速节点进行了扩充与升级，新的“天河一号A”系统已经完成了安装部署，天河一号A同样采用CPU与GPU混合搭配，不同的是，GPU方面升级至强大的NVIDIA Tesla M2050。采用Fermi架构的GTX480让桌面级游戏显卡性能实现了质的飞跃，而同为Fermi架构的Tesla M2050就更是大发神威。

  两年后，GPU工艺再次取得突破性进展，全面步入28nm时代，在新工艺的促进下，NVIDIA全新研发的Kepler架构再次创下了GPU运算的历史，除了性能上获得重大提升外，另一个关键指标功耗及发热量也同样得到大幅度控制，每瓦性能获得重大提升，达到了一个新的高度。

  正式如此，采用Kepler架构的顶级GPU型号K20被采纳用于打造全新一代的超级计算机Titan上，其由18688个16核Opteron 6274 CPU及Tesla K20所组成，得益于Kepler优秀的能耗比，Titan要比美国能源部此前使用的超级计算机的节能性要高出五倍之多，无论在功耗还是性能上，都完胜竞争对手IBM的Power系列CPU。