FPGA做成的超級電腦的報導

walltsou

請看以下報導
http://taiwan.cnet.com/news/hardware/0,2000064553,20116107,00.htm
其實我在學過FPGA如何設計CPU之後，我感覺程式似乎不一定要由CPU來執行。結果此想法已有人實現。
當時我認為就算設計出來，問題不在硬體而在軟體，所以想看看FPGA基本單元是如何設定，但這似乎是製造商不願公布的秘密，在沒有資料的情況下放棄了。
除了軟體如何實現成電路外，要使用何種型式的語言也是一個問題。現行使用的電腦語言是給CPU用的序列式執行語言。但FPGA必須使用同時執行程式的concurrent language。顯然唯有新創語言才能解決，這也超過能力了。能做的就是等這件事發生。
當然等待並不是坐以待斃，我開始研究多執行緒以及並行程式，結果不到一年，PC就開始變成雙核心。又過一年，FPGA實現超級電腦也報導出來。
8 h, a9 r0 O5 \  u% h8 O我問過一些人對於FPGA電腦是否效能會超過CPU電腦，答案是否定的。而我自己則是肯定效能是一定會超過，我是認為主要是並行程序產生的加速。若是順序執行的程式則是CPU電腦會勝。
現在則是在等待真正concurrent language的誕生，目前看來System C似乎有望。另外還是繼續讓自己多熟悉並行程式如何運用。

walltsou

很久沒回來看了,沒想到有人回五年前的帖。
5年前，還沒有人知道GPGPU。
% j8 ^  L9 Y5 H科技會進步的，有時不是在我們想像的路徑上。

masonchung

設計超級計算機的創新設計在於把複雜的工作細分為可以同時處理的工作並分配於不同的處理器。他們在進行特定的運算方面表現突出，但在處理一般工作時卻差強人意。他們的資料結構是經過精心設計來確保數據及指令及時送達——傳遞速度的細微差別可以導致運算能力的巨大差別。其輸入／輸出系統也有特殊設計來提供高頻寬，但是這裡的數據傳輸延遲卻並不重要——超級計算機並非數據交換機。

! @$ S" R* u. [% g3 e根據阿姆達爾定律，超級計算機的設計都集中在減少軟體上的序列化、用硬體在瓶頸上加速。
! D, F! A! Q8 `* n$ j( C& d  ?
[编辑] 挑戰與科技超級計算機常產生高熱，需要冷卻。冷卻是很大的通風空調[4]問題。
資訊傳送不能比光快。幾米的距離導致幾十奈秒的延誤，而克雷著名的環型設計保持了最短距離。
( P7 s& x2 G. ]* v' U6 [( W) E超級計算機在短時間耗用及生產大量數據，需要投入很多資源確保資訊妥善傳送及存取。
0 l  S* Z) R7 o- Y( s因超級計算機而開發的科技：

' ^5 f8 i# p8 r( o矢量處理器
水冷技術
非均勻訪存模型（NUMA）
' m4 S) K- I$ V/ b[编辑] 處理器技術矢量處理因超級計算機而建立並用於高性能運算。矢量處理技術後來被用於普通電腦內的信號處理架構及單指令流多數據流（SIMD），例如：電視遊樂器、通用圖形處理器（GPGPU）等。[5]
" y4 a) z. j( }* P4 g
[编辑] 作業系統一般的超級電腦都使用Linux作業系統，但在講求絕對高效能的操作環境時，超級電腦開發人員會動用特別的輕量級核心（Light Weight Kernel－ LWK），減少中斷請求、行程間通訊等開銷以提高效能。[6]

; Y$ K3 o& ?' A/ `輕量級核心包括 Cray XT3 的 Catamount[7]， Cray XT4 的 CNL （Compute Node Linux）[8]， 以及IBM藍色基因的 CNK （Compute Node Kernel）。[9]
. s8 k8 g" t' ^2 O) d; l- |
9 w4 O& {8 R. Y3 F% C5 U[编辑] 編程環境訊息傳遞介面 （MPI）及較舊的並列虛擬機器（PVM）常用於非共享內存系統（Distributed Memory System），而OpenMP常用於共享內存並行系統。[10] [11]
, G& [0 y( D- ]  P0 M, g
# y( n4 p  `3 |% x) Q% u傳統上Fortran的編譯器可以產生比C或C++更高效能目的碼，所以Fortran仍然被使用作科學編程。

9 \) N7 l$ W6 g[编辑] 優化編譯器超級電腦需要編譯器優化技術以產生優佳的目的碼，現今的優化編譯器都對向量化（Vectorization）、程式迴圈（Loop Optimization）、記憶體階層及數據局部性進行優化。[12] [13] [14]

1 [1 E5 v' v! h1 Y此外，優化編譯器都以高層次的中間表示（Intermediate Representation）優化程式 － 包括Open64編譯器的WHIRL、[15] IBM XL 編譯器的 Wcode。[16]
" q+ n3 @$ c& `, _/ E, Z2 ?+ C1 @
[编辑] 數學函數庫超級電腦主要執行科學運算等擁有大量向量及矩陣浮點計算的程式，因此優佳化常用的數學函數會提高運算效能。BLAS函數庫使向量及矩陣浮點計算效能大大提高，[17] [18] 而優佳化數學函數庫則提高三角函數及平方根等數學運算。[19]

[编辑] 平行檔案系統平行檔案系統支援多客戶端節點、多伺檔案系統服器，以及支援平行I/O （如 MPI-IO、HDF5）；現今流行的平行檔案系統包括Lustre和PVFS。[20]
) U; G7 D% d1 |$ C' @6 U, d
[编辑] 網路技術超級電腦節點之間的通信一般都需要使用高性能的網路介面，現今大多TOP500的超級電腦使用乙太網路（44.8%）及InfiniBand（41.8%）。 [21]
8 g/ K: z* d/ x1 Q  P
* {9 g3 C3 P# T7 n, N7 }" ~傳統上InfiniBand比乙太網路有更高的頻寬，同時因作業系統呼叫省略（Operating System Bypass）而提供更低的延遲時間（latency）；然而2011年思科系統開發VFIO技術於超級電腦和叢集應用，使一般的乙太網路介面也能提供低延遲時間，從而提升乙太網路在超級電腦的應用層面。[22]

ranica

黃吉川教務長豪氣的說，未來成大「超級電腦計算研究中心」的營運管理，運用於超級電腦科學計算服務將佔60%，開發研究佔20%，教育訓練佔20%；將側重在防災科技、能源科技、前瞻醫療器材、傳染病生醫研究及光電科技領域，分析土石流模擬與海洋科技數值模擬、太陽能電池、燃料電池以及綠色能源、心血管流模擬、人工關節與骨骼系統模擬、生物資訊、病毒研究、腦部神經退化性疾病、類神經網路與腦神經模擬以及藥物設計和光電半導體之製程及傳輸模擬以及量子電腦的分析與設計等。

$ d8 C: D! \: `4 _1 W營運續效上，預計每年編著一本「計算科學超級電腦的研究與發展」專書，在防災科技、能源科技、前瞻醫療器材、傳染病生醫研究及光電科技領域，也預計第一年發表30篇論文，第二年80篇論文，第三年150篇論文。同時每年也都將舉辦國性超級電腦研討會，邀請IBM以華生研究中心T.C.Chen博士，以及諾貝爾獎得主、美國國家科學院院士來台訪問；實質的工業產品專利和軟體程式專利，也預計第一年申請2件，第二年5件，第三年8件，每年都快速成長。
( C8 j; t4 t' s8 P% L2 D1 @' h. z
3 x0 N' u+ @% l2 W* U$ ~. G8 q黃吉川教務長說，教育訓練更是該團隊不可忽視的功能，最主要培育超級電腦軟硬體開發人才，因此將設立一個「計算工程科學學程 (Program in Computational Engineering Science)」，結合數學、物理、化學、生物以及電腦與工程的綜合學門，並規劃成立「理論科學與軟體工程系所」，讓超級電腦人才庫不餘匱乏。

, z- G% N1 D: H4 O5 ]3 y% }5 W
訊息來源：成功大學

ranica

黃吉川教務長強調，藉由超強高速運算的電腦做為理論計算的工具，已經是必要的趨勢，成大也不能自外於這個潮流，「超級電腦計算研究中心」將建置專業的MPP（Massive parallel processing）系統，購置IBM第三代藍色基因超級電腦，這個計畫已經獲得國科會跨國頂尖計畫補助3年2500萬元，成大與IBM公司也各出資2500萬元，即將全力啟動。

目前成大超級電腦計算研究中心，已經結合跨校際共63位學有專精的教授成員，涵蓋有電腦資訊、工程、生物醫學以及基礎科學等領域的專家學者，團隊將共同致力於防災科技、能源科技、前瞻醫療器材、傳染病生醫研究及光電科技等領域的計算研究。

/ t- f: A9 r0 j9 n1 I9 q* h除了跨校際的研究團隊，未來也將與「國家高速網路與計算中心」在科學計算領域上做策略性的分工與合作，同時，也將與台大量子科學與工程研究中心、中研院資訊科技創新研究中心、台南科學園區、T4聯盟共同合作，IBM以華生研究中心為主的團隊，則包括IBM 全世界8大研究中心，台灣南港IBM大中華軟體研發中心、藍色基因超級電腦聯盟等，都將攜手合作。

ranica

成大教務長黃吉川領軍將建置跨國跨校合作的超級電腦計算研究中心

(20120203 15:29:38)剛獲得國科會跨國頂尖計畫補助、由成功大學教務長黃吉川領軍，即將成立的「超級電腦計算研究中心」，並與IBM華生研究中心合作，購進第三代藍色基因超級電腦計算平台，預計總浮點計算能力可達400T(400*1012次/秒)，將成為全台第一擁有最快速的超級電腦計算機構，也成為全世界排名第27名的計算中心，不僅帶動國內超級電腦的人才培育，也將服務防災、前瞻醫療、生醫、能源、光電等需要高速運算模擬的研究中心，讓科技更一步千里。

成大教務長、亦為計畫主持人黃吉川表示，超級電腦的運算速度每年都倍數成長，攤開全球超級電腦競合趨勢地圖，全世界500大超級電腦，其中53%集中在美國，25%集中在歐洲，22%在亞洲，亞洲發展最快是日本K computer，其運算速度已經達到8.2P(8.2*1015次/秒)，中國大陸天河一號則是2.5P(2.5*1015次/秒)，台灣「國家高速網路與計算中心」目前也積極發展中，運算速度是177T(177*1012次/秒)，在立足點上落後。

tommywgt

"我問過一些人對於FPGA電腦是否效能會超過CPU電腦，答案是否定的。"
* b# C! Z* T% B3 R- x' n0 U) y$ r8 f
5 T1 j( T2 d7 n0 @+ G* k4 L我想你可能問錯人了吧! 在大量paramllelism下, CPU的執行運算能力是很卑微的. 就以FPGA 來做DSP運算來說好了, 隨便一家的FPGA都能跑到幾10G的MAC, 你想以CPU的能力來算的話, 如何做的到?

2 b( s: o; h/ e所以這也是你對這個東東深信不移的原因吧!
6 V  Q' G9 ]( l( k$ {8 f, G- ^
話說回來, 有些工程的應用早就已經放FPGA在做計算了速度還真的很快說. 就我所知道的至少有2個case了. 這時電腦的CPU只是負責將計算前的資料送入FPGA及將算完的結果讀回來做後續處理.

  X" ~/ Z4 F( p. k你的理想雖然前途漫漫, 但也不是不可行