作為一個(gè)國(guó)家科研水平的標(biāo)志之一，高性能計(jì)算歷來(lái)受到各國(guó)政府、教育以及科研人員的關(guān)注。如果將HPC TOP500比作這個(gè)高性能計(jì)算領(lǐng)域的奧運(yùn)會(huì)，那么能登上這一排行榜的次數(shù)越多，就越能說(shuō)明一個(gè)國(guó)家的計(jì)算技術(shù)實(shí)力。目前美國(guó)在這一領(lǐng)域是毫無(wú)爭(zhēng)議的世界第一。根據(jù)top500.org在2007年6月公布的最新數(shù)據(jù)，2005年由IBM建造的BlueGene/L（藍(lán)色基因）以360 Teraflops的峰值處理能力排名世界第一，由Cray公司建造的Jaguar （美洲虎）和Red Storm（紅色風(fēng)暴）分別以119 Teraflops和124.42 Teraflops（峰值）的成績(jī)分列第二和第三。后兩者都基于AMD雙核皓龍?zhí)幚砥?。但很快，這份高性能計(jì)算排行榜可能將會(huì)被改寫(xiě)，原因就來(lái)自于9月10日發(fā)布的一顆CPU——代號(hào)為“巴塞羅那”的AMD四核皓龍?zhí)幚砥鳌?nbsp;

　　高性能計(jì)算領(lǐng)域的新格局 

　　高性能計(jì)算領(lǐng)域向來(lái)是專(zhuān)用的體系結(jié)構(gòu)和處理器的專(zhuān)屬——不管是當(dāng)年的大型機(jī)，還是后來(lái)日本的地球模擬器和現(xiàn)在的Blue Gene/L，都是如此。而現(xiàn)在，這一“專(zhuān)用體系＋專(zhuān)用處理器”稱(chēng)雄的歷史，將被“通用處理器＋集群”的模式逐漸取代。最新的HPC TOP500強(qiáng)中，基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器構(gòu)建的LINUX集群已經(jīng)成為主流，在體系架構(gòu)方面，集群占到了74.6%。 

　　隨著AMD高調(diào)發(fā)布其代號(hào)為“巴塞羅那”的四核皓龍?zhí)幚砥鳎捎冒腿_那沖擊高性能計(jì)算新紀(jì)錄的計(jì)劃也紛紛登場(chǎng)。首先是Sun宣布將采用16,000顆AMD巴塞羅那處理器來(lái)建造代號(hào)為“巡邏兵”的超級(jí)計(jì)算機(jī)，為得克薩斯高級(jí)計(jì)算中心(Texas Advanced Computing Center)提供高達(dá)500Teraflop的峰值計(jì)算能力。從目前的TOP500榜單來(lái)看，一旦建成，它將成為新一代高性能計(jì)算的霸主。接著，Appro又宣布贏得了國(guó)家核安全委員會(huì)（NNSA）旗下三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的大單，通過(guò)TLCC計(jì)劃，采用12096顆巴塞羅那處理器為L(zhǎng)awrence Livermore、Los Alamos和Sandia三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室搭建計(jì)算性能高達(dá)438 teraFLOP/s的Linux高性能計(jì)算集群，將僅次于“巡邏兵”之后，成為高性能計(jì)算的亞軍。一推出，AMD巴塞羅那便將高性能計(jì)算的世界冠亞軍收入囊中。 

　　事實(shí)上，發(fā)布剛一個(gè)多月，巴塞羅那就給高性能計(jì)算格局帶來(lái)了諸多變數(shù)。在美國(guó)，西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室PNNL將采用5000顆巴塞羅那替代以前的安騰系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)，曙光也基于AMD的巴塞羅那，贏得了北京航空航天大學(xué)高性能計(jì)算機(jī)群和蘇州氣象局的高性能計(jì)算系統(tǒng)等項(xiàng)目，計(jì)算峰值分別高達(dá)每秒3.9萬(wàn)億次和2.56萬(wàn)億次。 

　　“巴塞羅那”的底氣 

　　從零到成為主流，通用處理器用了不到10年時(shí)間，這一進(jìn)程尤以皓龍進(jìn)入高性能計(jì)算領(lǐng)域的四年最為迅速。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中就借鑒了RISC架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，加上特有的直連架構(gòu)、集成內(nèi)存控制器等設(shè)計(jì)和可以加速特定應(yīng)用的Torrenza開(kāi)放式協(xié)作計(jì)劃，AMD皓龍?jiān)诟咝阅苡?jì)算領(lǐng)域已經(jīng)異軍突起，有將近100套基于AMD皓龍的系統(tǒng)進(jìn)入HPC TOP500強(qiáng)排行。 

　　而現(xiàn)在，隨著新一代K10架構(gòu)推出的多項(xiàng)AMD全新創(chuàng)新技術(shù)，無(wú)疑給了“巴塞羅那”稱(chēng)霸高性能計(jì)算的更多底氣?！鞍腿_那”采用了增強(qiáng)的核心，具有增強(qiáng)的128位浮點(diǎn)加速器、AMD 內(nèi)存優(yōu)化技術(shù)、AMD 平衡智能緩存和快速虛擬化索引（RVI, Rapid Virtualization Indexing）等一系列領(lǐng)先技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了性能的飛躍。由于采用了革命性的128位專(zhuān)用寬浮點(diǎn)加速器，SSE的執(zhí)行帶寬、指令拾取帶寬、數(shù)據(jù)緩存負(fù)載帶寬、L2/NB帶寬等都有成倍的增長(zhǎng)，而指令拾取帶寬、數(shù)據(jù)緩存負(fù)載帶寬兩項(xiàng)也是英特爾Core架構(gòu)的兩倍，避免了數(shù)據(jù)交換的瓶頸。另外，“巴塞羅那”采用了更深的36 級(jí)浮點(diǎn)調(diào)度器，進(jìn)行獨(dú)立的128 位操作，而英特爾的Core架構(gòu)采用與整數(shù)共享的32 級(jí)調(diào)度器。 

　　SPEC最近公布的數(shù)據(jù)，證實(shí)了AMD“巴塞羅那”出色的浮點(diǎn)運(yùn)算性能。在CFP2006 Rates浮點(diǎn)性能測(cè)試中，用兩顆主頻為2.0GHz的四核AMD皓龍2350搭建的雙路系統(tǒng)成績(jī)要比同主頻的四核至強(qiáng)雙路系統(tǒng)高出達(dá)36％。在四路系統(tǒng)上，AMD四核皓龍的優(yōu)勢(shì)更明顯，主頻為2.5GHz的AMD皓龍8360SE的四路四核系統(tǒng)，峰值性能比主頻為2.93GHz的四路四核至強(qiáng)系統(tǒng)高出40%。 

　　“巴塞羅那”的底氣不僅來(lái)自于性能的大幅提升，還有能耗上的顯著降低?！鞍腿_那”采用一系列節(jié)能技術(shù)，使CPU的核心增加一倍的同時(shí)，功耗保持不變：AMD CoolCore™ 技術(shù)，通過(guò)關(guān)閉處理器上非工作的電路塊來(lái)降低能耗；獨(dú)立動(dòng)態(tài)核心技術(shù)，對(duì)AMD PowerNow!™技術(shù)的增強(qiáng)，使每個(gè)核心可以根據(jù)其應(yīng)用的特定性能需求來(lái)調(diào)整時(shí)鐘頻率；雙動(dòng)態(tài)電源管理（DDPM, Dual Dynamic Power Management），為CPU核心和內(nèi)存控制器分別獨(dú)立供電，支持核心和內(nèi)存控制器根據(jù)應(yīng)用需要以不同的電壓工作。 

　　領(lǐng)先的浮點(diǎn)運(yùn)算性能和低功耗特性使得“巴塞羅那”在高性能計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)盡顯，專(zhuān)業(yè)人士表示，隨著“巴塞羅那”的大規(guī)模上市，將會(huì)在石油勘探、氣象預(yù)報(bào)、地震分析、生物制藥、工程仿真、科學(xué)計(jì)算、商業(yè)計(jì)算等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。