開啟融合計算新紀元 聯想邁向E級時代的新思考

超算界的朋友對TOP500不會陌生，蟬聯三屆榜首的Summit不僅在運算能力上領先一籌，其利用神經網路模型訓練「指導」模擬的「自學習」能力也讓大家看到了超級計算機的新潛力。由這一技術場景放大，可以看到HPC的應用路徑正在從以往作為傳統計算的算力輸出，演進為與業務場景的「軟性需求」有了越來越多的結合，例如藉助機器學習對高級數據進行深度的分析。這種變化背後，是HPC與AI融合的大勢所趨。

7月12日，以「融合計算」為主題的2019聯想全球超算峰會（2019 Lenovo HPC Summit）在北京召開。會上，聯想正式發布「深騰X9000融合計算平台」，並且升級了ThinkSystem SR670 GPU伺服器，以及最新版本的智能超算統一平台LiCO 5.3，以幫助用戶管理AI系統。

聯想融合計算平台深騰X9000發布儀式

以HPC為核心，聚焦技術融合、行業融合、生態融合，聯想將從三個方面助力行業破局，與中國企業共同面對未來的發展與挑戰。值得一提的是，2019年也是聯想HPC發展的第20個年頭，在不久前ISC2019公布的TOP500榜單上，聯想以173套的成績領跑全球，這正是對多年來其紮根超算產業的最佳回報。

「隨著AI、大數據、雲計算等信息技術的發展，我國高性能計算迎來新的突破。」聯想集團高級副總裁、數據中心業務集團中國區總裁童夫堯談到，「高性能計算為人工智慧、大數據的崛起提供了計算引擎，而人工智慧、大數據又帶動高性能計算呈現新的發展形態。可以看出，在各個層次上的協同設計會成為高性能計算髮展的關鍵點，所以，我們要構建高性能計算、大數據、人工智慧和生態環境的融合協同，幫助越來越多的企業通過跨界融合、加速創新來開拓新的發展動力。」

聯想集團高級副總裁、數據中心業務集團中國區總裁童夫堯

HPC AI革新傳統算力

無論是醫療健康、工業製造，還是交通運輸、金融投資，圍繞數據所產生的智能化分析充斥著人們的工作和生活，AI已經無處不在。HPC的出現，則在算力乃至演算法層面加速了這一進程。AI在語音識別、圖像處理、計算機視覺等方面解放了傳統生產力，虛擬和物理世界的邊際變得越來越模糊，跨界融合正在發生。

開篇的介紹來自聯想集團副總裁、聯想研究院企業雲和無線實驗室負責人黃瑩博士，他為HPC AI的融合給出了頗具代表性的例子：Summit訓練的神經網路模型可以幫助理解慣性約束核聚變（ICF）模擬的結果，預測內聚變的行為。經過訓練之後，該模型能夠作為模擬的代理，在極小部分時間內快速評估參數以指導進一步的模擬。而這類模擬如果用傳統HPC進行試驗，那麼需要經歷500萬次模擬，大約要耗費30億個CPU小時。相較之下，如果發揮HPC與AI融合的能力去解決這個問題，僅僅需要6萬次模擬。

聯想集團副總裁、聯想研究院企業雲和無線實驗室負責人黃瑩博士

類似的例子也出現在大數據計算和深度學習的場景中，在數據流處理時，對於科學和工業HPC應用（如天體物理學、數字孿生等）而言，考驗著對輸入數據具有及時行動的能力。而在就地/在途處理過程中，HPC數據集處於後處理環境，可用於離線可視化，處理和分析，將邊緣計算處理與集中式雲/HPC處理相結合，對數據實時處理的需求越來越高。如果想做到邊計算邊反饋，就要讓傳統HPC模擬和深度學習進行融合，在減少計算量的同時改善模擬結果。

從PC到移動終端、再到各種各樣的智能設備，計算的形態始終發生著變化，但核心對象一直沒有變過，這也成為了驅動AI發展的關鍵要素，那就是數據。 「過去，HPC更多是以其高度的計算要求完成負載，例如氣象預測、物理模擬、分析建模等，這些都是傳統層面上大家比較關注的。」黃瑩表示，「而新的計算需求會利用到AI模型，在這方面與HPC做很好的整合，要思考如何把HPC與分析能力結合之後，加速一些複雜計算的融合。」

融合計算的「三要素」

為了加速未來計算的融合，聯想提出以雲到端的全域能力，從三個維度推動行業的變革。技術融合方面，聯想發布的深騰X9000是基於行業場景的一體化解決方案，擁有多項HPC、AI和BigData的關鍵技術，其中包括46項國家發明專利。同時，X9000融合計算平台還集合了AR/VR、分散式訓練、人臉識別、語義識別等基本能力，支持伺服器HG680X、HG690X，以及採用第二代英特爾至強可擴展處處理器SR650、SR670等產品，能夠以強大的計算能力，加速智慧金融、智慧物流、智慧供應鏈、智慧醫療等各行業創新實踐。

在異構性上，深騰X9000著重升級了GPU伺服器SR670，能夠平衡CPU和GPU不同負載，更加具有靈活、緊湊、高效、散熱好等優勢，所搭載的第四代溫水水冷技術「海神」可使其數據中心運行效率提升50%。在集成性上，深騰X9000支持集成交付、集成管理、集成研發等3種流行的計算機視覺場景，支持聯想CPU/GPU/Xeon Phi/FPGA/寒武紀等異構平台。在智能化上，深騰X9000搭載新一代智能超算平台LiCO 5.3，能夠在一個集群中支持HPC和AI作業的統一資源調度。

行業融合方面，聯想為科研、教育、航天、氣象、汽車、石油石化、生命科學等領域提供了成熟的解決方案。在載人航天領域，聯想HPC曾為「神舟九號」、「神舟十號」和「神舟十一號」 載人航天發射任務提供了技術保障，穩定、高效地承載了大量的關鍵計算工作。在教育科研領域，聯想為南方科技大學部署了高性能集群「太乙」，幫助師生大幅降低了採購超算資源的時間，節約了研究經費。在智能製造領域，聯想HPC為長城汽車提供前端到後端的完備保障，實現資源最大限度的利用，保障研發與生產的效率，推動中國汽車產業的發展。

生態融合方面，聯想進一步加強了與各領域合作夥伴的密切聯繫。在硬體層面繼續加深與Intel、NVIDIA、寒武紀等廠商的合作；在軟體層面主動開放生態系統，吸引主流軟體廠商加入聯盟；在應用層面，聯想創投投資了Face 、銀河水滴科技等有潛力的科技創新公司，打造了從硬體到軟體到行業應用的生態圈。

同時，聯想也組建了完整的HPC人才團隊，其中包括聯想首席科學家祝明髮帶領的HPC專家團隊，聯想CTO芮勇和徐飛玉博士帶領的人工智慧團隊。此外，聯想還與北京航空航天大學攜手共建聯合實驗室，雙方充分發揮自身優勢，在提升科研實力和產品技術水平的同時，也致力於為企業培養更多的實戰型人才，為HPC領域提供豐富的人才儲備。

差異化創新成就E級普惠

從1999年組建HPC部門，聯想經歷了HPC從無到有、從跟隨到領先的發展之路。ISC 2019上以173套的成績蟬聯TOP500榜單全球第一證明，聯想讓HPC真正走到了行業應用中，而在服務世界各地、不同領域的客戶的過程中，聯想也在不斷推出各種創新技術，「海神」就是其中的代表，這使得聯想成為了首個提供溫水水冷系統的廠商。與傳統風冷系統相比，「海神」的熱轉換模塊可提升24%性能（每個機架平均每年可節省2100美元的成本）、水冷節點可提升45%性能（降低40%電力成本），並且提升3.5倍效能（節省的效能可提供4000個LED燈的電力）。

目前，全球前25所研究型大學中，有17所運行著聯想HPC解決方案。在哈佛大學，聯想為其部署了包括ThinkSystem SD650在內的800台伺服器，並採用了北美地區首個「海神」水冷技術，節省了50%的成本和45%的能耗。在多倫多大學，聯想更是部署了由1500台ThinkSystem SD530組成的伺服器集群，藉助Dragonfly Infiniband高速互聯技術實現超低時延，不僅在TOP500中位列69位，更是在空氣製冷的條件下在Green500中的能效排名位列31位。

當然，面對即將到來的E級計算時代，聯想希望做的遠不止是將技術優勢發揚光大，還要讓更多的客戶在部署不同規模的系統時都可以盡享E計算所帶來的紅利。為此，聯想正在對超算系統進行重構，試圖將超大規模的系統「切分」成更小的系統，使得傳統數據中心的客戶也能受益於超算系統的技術。舉例來說，E級系統所使用的超大機架的重量超過普通機房的承重，需要進行改裝，而聯想提供的方案可以讓客戶使用標準機架即可實現E級計算。再如，E級系統所需的特高壓和網路互聯也是專有的技術，聯想交付的網路技術則能夠使用乙太網連接E級系統。

為E級計算所設計的兩種思考

「超算系統的體系都是高於現在一般數據中心的5、6倍，像歐洲、美國在超算上都是10億（美元）級別的投入，這麼大的投資不可能只做一、兩個專有的系統，我們希望更廣泛的被使用。」聯想數據中心業務集團全球高性能計算技術高級總監Scott Tease對筆者說：「我們認為要實現從E級計算和規模可擴展的計算，研發創新點是各個方面的，比如供電電源、冷卻、文件系統、存儲、加速等等都需要更多的研發投入。」

聯想數據中心業務集團全球高性能計算技術高級總監Scott Tease

聯想數據中心業務集團技術總監單獎定認為，未來的計算更多會在異構的環境中發生，專用性的解決方案會越來越多，這就需要聯想設計出開放的架構根據客戶需求將異構計算單元整合起來，包括與寒武紀等合作夥伴提供的各類晶元結合，進行技術層面的融合。

聯想數據中心業務集團技術總監單獎定

結語

未來，邁入E級計算時代的HPC與AI的關係將呈現螺旋式的加速上升，相互促進的發展路徑在聯想的技術融合、生態融合、行業融合理念推動下，可以更好的幫助中國企業實現智慧轉型。正如童夫堯所說：「數字經濟時代以科技為核心的創新已經到來，聯想將繼續以全球化 中國特色作為業務戰略，構建高度安全、可信的信息產業的基礎設施，通過創新推動產業升級，開創新時代。」

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