Trong môi trường kinh doanh tăng tốc ngày nay, nền tảng để áp dụng công nghệ HPC thành công bắt đầu từ cấu trúc HPC được xác định rõ ràng. Tùy thuộc vào khối lượng công việc và mục tiêu điện toán của tổ chức bạn mà các thiết kế hệ thống HPC khác nhau và tài nguyên hỗ trợ đều có sẵn để giúp bạn đạt được năng suất và hiệu năng có thể mở rộng.
Thiết kế hệ thống HPC
Cấu trúc HPC có nhiều hình thức dựa trên nhu cầu của bạn. Các tổ chức có thể những cách khác nhau để thiết kế hệ thống HPC.
Điện toán song song trên nhiều cấu trúc
Điện toán song song HPC cho phép cụm HPC thực hiện khối lượng công việc lớn và chia chúng thành các điện toán riêng biệt được thực hiện cùng một lúc.
Những hệ thống này có thể được thiết kế để nâng cấp hoặc mở rộng quy mô. Thiết kế nâng cấp liên quan đến việc thực hiện công việc trong hệ thống duy nhất và chia nhỏ nó để các lõi riêng lẻ có thể thực hiện công việc, sử dụng càng nhiều máy chủ càng tốt. Ngược lại, các thiết kế mở rộng quy mô liên quan đến việc thực hiện cùng một công việc, chia thành các phần có thể quản lý và phân phối các phần đó cho nhiều máy chủ hoặc máy tính với tất cả các công việc được thực hiện song song.
Khi khối lượng công việc chuyên sâu như mô phỏng, mô hình hóa và phân tích nâng cao trở nên phổ biến hơn, các hệ thống HPC thiết kế kết hợp bộ gia tốc ngoài CPU. Những bộ gia tốc này đã giới thiệu một loạt các cấu hình có thể có và không đồng nhất rộng hơn mà các nhà phát triển cần hỗ trợ.
Các nhà phát triển có thể sử dụng lập trình đa kiến trúc oneAPI để tạo một cơ sở mã duy nhất có thể sử dụng trên các kiến trúc CPU, GPU và FPGA để phát triển năng suất và hiệu quả hơn. oneAPI có thể đẩy nhanh quá trình đổi mới HPC bằng cách loại bỏ các hạn chế của các mô hình lập trình độc quyền, giảm bớt việc áp dụng phần cứng mới và giảm việc bảo trì mã. Bộ công cụ oneAPI và Intel® oneAPI hỗ trợ các tiêu chuẩn và ngôn ngữ mở hiện có mà nhà phát triển HPC cần, bao gồm C++, SYCL, Fortran, OpenMP, MPI và Python. Tìm hiểu thêm chi tiết về bộ công cụ oneAPI và Intel® oneAPI.
Điện toán Liên kết
Cụm điện toán hiệu năng cao liên kết nhiều máy tính hoặc nút thông qua mạng cục bộ (LAN). Các nút được kết nối với nhau này hoạt động như máy tính duy nhất—một máy tính có năng lượng điện toán tiên tiến. Các cụm HPC được thiết kế độc đáo để giải quyết một vấn đề hoặc thực hiện một tác vụ điện toán phức tạp bằng cách mở rộng nó qua các nút trong hệ thống. Cụm HPC có cấu trúc liên kết mạng được xác định và cho phép các tổ chức giải quyết các điện toán nâng cao với tốc độ xử lý không bị xâm phạm.
Lưới và điện toán phân tán
Điện toán lưới HPC và điện toán phân tán là cấu trúc điện toán đồng nghĩa. Chúng liên quan đến nhiều máy tính, được kết nối qua mạng, có chung mục tiêu, chẳng hạn như giải quyết một vấn đề phức tạp hoặc thực hiện một nhiệm vụ điện toán lớn. Cách tiếp cận này lý tưởng để giải quyết các công việc có thể chia thành các khối riêng biệt và phân phối trên lưới điện. Mỗi nút trong hệ thống có thể thực hiện các tác vụ độc lập mà không cần phải giao tiếp với các nút khác.
HPC Cloud Infrastructure
Trước đây, các hệ thống HPC bị giới hạn ở dung lượng và thiết kế mà cơ sở hạ tầng tại chỗ có thể cung cấp. Ngày nay, đám mây mở rộng dung lượng cục bộ với các tài nguyên khác.
Nền tảng quản lý đám mây mới nhất cho phép áp dụng phương pháp tiếp cận đám mây kết hợp, kết hợp cơ sở hạ tầng tại chỗ với các dịch vụ đám mây công cộng để khối lượng công việc có thể luân chuyển liền mạch trên tất cả các tài nguyên sẵn có. Điều này cho phép linh hoạt hơn trong việc triển khai các hệ thống HPC và chúng có thể nâng cấp nhanh như thế nào, cùng với cơ hội tối ưu hóa tổng chi phí sở hữu (TCO).
Thông thường, hệ thống HPC tại chỗ cung cấp TCO thấp hơn hệ thống HPC tương đương được dành riêng 24/7 trên đám mây. Tuy nhiên, giải pháp tại chỗ có quy mô phù hợp với công suất tối đa sẽ chỉ được sử dụng hết khi đạt đến công suất tối đa đó. Trong phần lớn thời gian, giải pháp tại chỗ có thể không được sử dụng đúng mức, dẫn đến tài nguyên nhàn rỗi. Tuy nhiên, khối lượng công việc không thể tính toán được do thiếu năng lực sẵn có có thể dẫn đến mất cơ hội.
Nói tóm lại, việc sử dụng đám mây để tăng cường cơ sở hạ tầng HPC tại chỗ của bạn cho các công việc nhạy cảm về thời gian có thể giảm thiểu nguy cơ bỏ lỡ các cơ hội lớn.
Để thúc đẩy đổi mới HPC trên đám mây, Intel hợp tác sâu với các nhà cung cấp dịch vụ đám mây để tối đa hóa hiệu suất, áp dụng các công nghệ như Intel® Software Guard Extensions (Intel® SGX) và Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel® AVX-512) và đơn giản hóa giới thiệu. Đọc thêm về công nghệ đám mây HPC của chúng tôi và cách chúng có thể giúp nâng cao kết quả.
Chọn bộ xử lý HPC cho khả năng mở rộng và hiệu năng
Với kiến thức chuyên môn sâu rộng về công nghệ HPC, Intel đáp ứng các yêu cầu về hiệu năng để xử lý khối lượng công việc đòi hỏi khắt khe nhất trong tương lai. Bộ xử lý Intel® Xeon® có thể mở rộng cung cấp nền tảng rất linh hoạt, có thể mở rộng quy mô một cách liền mạch để hỗ trợ các yêu cầu hiệu năng đa dạng của khối lượng công việc HPC quan trọng. GPU trung tâm dữ liệu sắp tới của chúng tôi dựa trên vi cấu trúc Xe HPG sẽ trở thành sự bổ sung lý tưởng cho bộ xử lý Intel® Xeon® có thể mở rộng, giúp nâng cao hiệu năng hơn nữa.
Làm việc với hệ sinh thái của chúng tôi, Intel ưu tiên nỗ lực tạo ra các bản thiết kế giúp hỗ trợ các thiết kế hệ thống HPC được tối ưu hóa. Để xác thực các yêu cầu hiệu năng, Intel® Cluster Checker (một phần của Bộ công cụ Intel® oneAPI HPC) đảm bảo rằng hệ thống cụm HPC của bạn vẫn nguyên vẹn và được cấu hình để chạy các ứng dụng song song với khả năng di chuyển đáng kinh ngạc để di chuyển giữa các hệ thống đám mây tại chỗ và HPC.
Với công nghệ Intel® CoFluent™, bạn có thể tăng tốc độ triển khai các hệ thống phức tạp và giúp xác định cài đặt tối ưu bằng cách lập mô hình tương tác phần cứng và phần mềm mô phỏng.
Đột phá trong bộ nhớ HPC
Bộ nhớ là thành phần không thể thiếu trong thiết kế hệ thống HPC. Chịu trách nhiệm lưu trữ dữ liệu ngắn hạn của hệ thống, bộ nhớ có thể là yếu tố hạn chế đối với hiệu năng quy trình làm việc của bạn. Công nghệ Intel® Optane™ giúp khắc phục những tắc nghẽn này trong trung tâm dữ liệu bằng cách thu hẹp khoảng cách trong hệ thống phân cấp bộ lưu trữ và bộ nhớ để bạn có thể duy trì hoạt động điện toán.
Bộ nhớ băng thông cao đã chứng tỏ sự thành công khi được đưa vào GPU được sử dụng trong lập trình HPC và cũng sẽ sớm có trên bộ xử lý x86. Trong nhiều trường hợp, công nghệ bộ nhớ băng thông cao có thể tăng tốc các mã bị giới hạn băng thông bộ nhớ mà không cần thay đổi mã. Nó cũng có thể giúp giảm chi phí bộ nhớ DDR.
Hiệu năng mở rộng với HPC Fabric
Để mở rộng quy mô một cách hiệu quả các hệ thống HPC nhỏ hơn, các tổ chức cần một loại vải hiệu năng cao được thiết kế để hỗ trợ các cụm HPC.
Mạng hiệu năng cao Intel® (HPN) cung cấp hiệu năng được tối ưu hóa bằng cách sử dụng các công nghệ Ethernet quen thuộc và tiết kiệm chi phí. Điều này mang lại cho người quản lý cụm một giải pháp toàn diện đáp ứng nhu cầu đào tạo về HPC và máy học của họ. Có thể sử dụng các khung và phần mềm trung gian HPC và AI phổ biến hiện có, bao gồm oneAPI, với Intel® HPN thông qua Giao diện OpenFabrics (OFI, còn được gọi là libfabric) và Intel® Ethernet Fabric Suite.
Con đường dễ dàng hơn dẫn đến thành công của HPC
Intel cung cấp kiến thức chuyên môn để hiểu sâu về các ứng dụng, kiến trúc HPC và những gì hệ thống HPC—dù là tại chỗ, trên đám mây hay kết hợp—cần có để giúp người dùng tạo ra kết quả và tối đa hóa thành tích. Với cấu trúc HPC dựa trên nền tảng công nghệ Intel®, bạn có thể sẵn sàng đáp ứng các nhu cầu về HPC, exascale và zettascale trong tương lai.
Ngoài ra, bộ công cụ oneAPI của chúng tôi sẵn sàng giúp các nhà phát triển đơn giản hóa nỗ lực lập trình HPC của họ, cho phép họ hỗ trợ nhiều loại phần cứng hơn và tối đa hóa kết quả kinh doanh.