高性能計算之七-CAX設備的演進

計算機硬件技術的發展正在進入一個全新階段，為了順應云計算的發展趨勢，硬件廠商的技術革新重點已經從桌面端設備轉移至服務器端設備。圍繞CAX軟件針對硬件設備的需求，我們可以簡單梳理一下當前硬件設備的變化情況：

? CPU中央處理器

CPU技術目前明顯分化為高性能與低功耗兩大方向，也可從應用設備差異上分對服務器側與客戶端側。

服務器端的CPU仍然以X86架構為主流，以Intel為例，E5 V3系列CPU正在逐漸成為企業級計算中心建設的性價比優選，單顆CPU已經可以輕松突破8個核心，且支持虛擬化技術。

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

令人憧憬的是，國產CPU研發廠商知難而進，龍芯、申威步步為營，但是截至目前仍未進入企業級服務器市場。

IBM在中國力推OpenPower聯盟并爭取到了一批盟友，但是由于CAX軟件生態的特殊性，未來較難遷移至OpenPower基礎架構。

從CAX軟件應用實踐出發，我們仍然建議當前選擇Intel品牌作為主要適配CPU，服務器端以E7、E5系列為主，現在為擴展性CPU，桌面端以i7、i5系列為主。

? RAM內存

內存技術的發展比較平穩，主要可以分為高端的服務器內存與普通的PC機內存。服務器內存采用了一些特有技術，如ECC、ChipKill、熱插拔技術等，具有極高的穩定性和糾錯性能。

針對CAX軟件應用場景，建議采用ECC DDR4規格以上的內存，如果數據處理負載較大的工作，建議內存配置盡量大，或者可以遵循RAM / CPU Core > 8的簡單規則進行選購。

? DISK硬盤

硬盤有固態硬盤（SSD 盤，新式硬盤）、機械硬盤（HDD 傳統硬盤）、混合硬盤（HHD 一塊基于傳統機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，還沒有得到大規模應用。但是值得注意的是，2014年SanDisk以11億美金收購了Fusion-IO，國內廠商華為也開始推出企業級PCI-E固態硬盤。相信在不久的將來，企業用戶將更多的配置固態硬盤作為CAX業務計算資源，很多高性能計算已經采用全閃存了。

? GPU圖形處理器

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

GPU當前有兩個比較重要的應用方向，一個是云計算，另一個則是加速計算。GPU在云計算上的應用主要體現在虛擬化架構適配性，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競賽中屢立奇功。

CAX應用場景如需發展云計算模式或者高性能計算，則必須考慮GPU技術及產品的選擇。

? Server服務器

服務器市場波詭云譎，IBM已經將X86服務器全球業務整體出售給聯想，HP中國已將服務器、存儲和技術服務注入新華三，并與紫光共同打造國產品牌，外國服務品牌只剩戴爾、思科仍在堅守。

國內服務器品牌以聯想、華為、華三、浪潮、曙光等為翹楚，為國內用戶帶來更多的技術革新與產品整合。

CAX應用場景對服務器的性能及穩定性要求較為苛刻，企業用戶需慎重選擇品牌服務供應商。

? Storage存儲

云計算、大數據技術變革的浪潮席卷之下，存儲技術的發展日新月異。三種常見存儲方式DAS、NAS和SAN，但是多家存儲廠商在內部構架、文件格式等方面進行了一系列革新。

以華為的OceanStor 9000為例，是將多個存儲節點聚合起來，形成一臺整體的NAS。每個節點既是提供容量的存儲，又是支持訪問的機頭。單個存儲節點的性能不一定出色，但是當節點到達一定數量，其容量和性能就超過了高端的傳統NAS，我們稱這種架構為Scale-Out的集群。內部文件格式為WushanFS，支持NFS，CIFS，FTP等NAS訪問協議。通過項目實踐，我們發現分布式NAS設備適用于CAX應用所產生大量非結構化數據的管理需求，未來將會在先進制造業得到大量應用。

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

? 高速網絡

服務器端互聯的高速網絡技術發展迅猛，計算中心內部通常采用萬兆網絡進行互聯。在追求MPI效率的CAE并行求解場景中，Infiniband技術已經成為主流，當前性價比較高的選擇為56Gb FDR Infiniband互聯設備。100Gb Infiniband設備目前也開始進入商用。

綜合以上硬件設備的發展動態，我們不難發現，硬件設備的發展重心已經完全傾向于服務器端，這為CAX計算資源集中化創造了客觀便利條件。