ในสภาพแวดล้อมทางธุรกิจที่เร่งความเร็วในปัจจุบัน รากฐานสำหรับการใช้เทคโนโลยี HPC ที่ประสบความสำเร็จเริ่มต้นด้วยสถาปัตยกรรม HPC ที่กำหนดไว้อย่างดี การออกแบบระบบ HPC และทรัพยากรสนับสนุนที่แตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับเวิร์กโหลดและเป้าหมายการประมวลผลขององค์กรของคุณ เพื่อช่วยให้คุณบรรลุผลการทำงานมากขึ้นและประสิทธิภาพที่ปรับขนาดได้
การออกแบบระบบ HPC
สถาปัตยกรรม HPC มีหลายรูปแบบตามความต้องการของคุณ องค์กรสามารถเลือกวิธีต่างๆ ในการออกแบบระบบ HPC
การประมวลผลคู่ขนานบนหลายสถาปัตยกรรม
การประมวลผลคู่ขนาน HPC ช่วยให้คลัสเตอร์ HPC ดำเนินการเวิร์กโหลดขนาดใหญ่และแยกออกเป็นงานคำนวณแยกกันซึ่งดำเนินการในเวลาเดียวกัน
สามารถออกแบบระบบเหล่านี้ให้ขยายขนาดหรือขยายออกได้ การออกแบบการขยายขนาดต้องมีการรับงานภายในระบบเดียวและแยกย่อยเพื่อให้แต่ละคอร์สามารถทำงานได้ โดยใช้เซิร์ฟเวอร์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในทางตรงกันข้าม การออกแบบที่ปรับขนาดออกต้องมีการรับงานเดียวกันนั้น โดยแบ่งออกเป็นส่วนที่จัดการได้ และกระจายส่วนเหล่านั้นไปยังเซิร์ฟเวอร์หรือคอมพิวเตอร์หลายเครื่องโดยที่งานทั้งหมดดำเนินการแบบคู่ขนาน
เนื่องจากเวิร์กโหลดที่เข้มข้น เช่น การจำลอง การสร้างโมเดล และการวิเคราะห์ขั้นสูงกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้น ระบบ HPC จึงได้รับการออกแบบให้รวมตัวเร่งความเร็ว นอกเหนือจาก CPU ตัวเร่งความเร็วเหล่านี้ได้นำเสนอการกำหนดค่าที่เป็นไปได้ที่หลากหลายและกว้างกว่า ซึ่งนักพัฒนาจำเป็นต้องรองรับ
นักพัฒนาสามารถใช้การเขียนโปรแกรมข้ามสถาปัตยกรรม oneAPI เพื่อสร้างโค้ดเบสเดียวที่สามารถใช้กับสถาปัตยกรรม CPU, GPU และ FPGA เพื่อการพัฒนาที่มีประสิทธิผลและประสิทธิภาพมากขึ้น oneAPI สามารถเร่งนวัตกรรม HPC ได้โดยขจัดข้อจำกัดของโมเดลการเขียนโปรแกรมที่เป็นกรรมสิทธิ์ ลดการใช้ฮาร์ดแวร์ใหม่ และลดการบำรุงรักษาโค้ด ชุดเครื่องมือ oneAPI และ Intel® oneAPI รองรับมาตรฐานแบบเปิดและภาษาที่มีอยู่ ซึ่งนักพัฒนา HPC ต้องการ รวมถึง C++, SYCL, Fortran, OpenMP, MPI และ Python รับรายละเอียดเพิ่มเติมบนชุดเครื่องมือ API และ Intel® oneAPI
การประมวลผลแบบคลัสเตอร์
คลัสเตอร์การประมวลผลประสิทธิภาพสูงเชื่อมโยงคอมพิวเตอร์หลายเครื่องหรือโหนดหลายโหนดผ่านเครือข่ายในพื้นที่ (LAN) โหนดที่เชื่อมต่อถึงกันเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นคอมพิวเตอร์เครื่องเดียว ซึ่งเป็นเครื่องที่มีพลังการคำนวณที่ล้ำสมัย คลัสเตอร์ HPC ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อแก้ไขปัญหาเดียวหรือดำเนินงานด้านการคำนวณที่ซับซ้อนโดยขยายข้ามโหนดในระบบ คลัสเตอร์ HPC มีโทโพโลยีเครือข่ายที่กำหนดไว้ และช่วยให้องค์กรต่างๆ รับมือกับการประมวลผลขั้นสูงด้วยความเร็วการประมวลผลที่เหนือชั้น
ระบบคอมพิวเตอร์แบบกริดและแบบกระจาย
ระบบคอมพิวเตอร์แบบกริด HPC และระบบคอมพิวเตอร์แบบกระจาย HPC เป็นสถาปัตยกรรมการประมวลผลที่มีความหมายเหมือนกัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับคอมพิวเตอร์หลายเครื่องที่เชื่อมต่อกันผ่านเครือข่ายที่มีเป้าหมายร่วมกัน เช่น การแก้ปัญหาที่ซับซ้อนหรือการทำงานด้านการคำนวณขนาดใหญ่ แนวทางนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดการงานที่สามารถแบ่งออกเป็นส่วนๆ ที่แยกจากกันและกระจายทั่วทั้งกริด แต่ละโหนดภายในระบบสามารถทำงานได้อย่างอิสระโดยไม่ต้องสื่อสารกับโหนดอื่นๆ
HPC Cloud Infrastructure
ในอดีต ระบบ HPC ถูกจำกัดอยู่ที่ความจุและการออกแบบที่โครงสร้างพื้นฐานภายในองค์กรสามารถให้ได้ ปัจจุบัน ระบบคลาวด์ขยายขีดความสามารถในท้องถิ่นด้วยทรัพยากรเพิ่มเติม
แพลตฟอร์มการจัดการระบบคลาวด์ล่าสุดทำให้สามารถใช้แนวทางระบบคลาวด์แบบไฮบริดได้ ซึ่งผสมผสานโครงสร้างพื้นฐานภายในองค์กรเข้ากับบริการคลาวด์สาธารณะ เพื่อให้เวิร์กโหลดรื่นไหลทั่วทั้งทรัพยากรที่มีอยู่ทั้งหมด จึงช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการปรับใช้ระบบ HPC และความเร็วในการขยายขนาด พร้อมด้วยโอกาสในการปรับค่าใช้จ่ายโดยรวมในการดูแลรักษาระบบ (TCO) ให้เหมาะสมที่สุด
โดยทั่วไปแล้ว ระบบ HPC ภายในองค์กรจะมี TCO ต่ำกว่าระบบ HPC ที่เทียบเท่าซึ่งสงวนไว้ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันในระบบคลาวด์ อย่างไรก็ตาม โซลูชันภายในองค์กรที่ปรับขนาดสำหรับความจุสูงสุดจะถูกนำไปใช้อย่างเต็มที่เมื่อถึงความจุสูงสุดนั้นเท่านั้น โดยส่วนใหญ่แล้ว โซลูชันภายในองค์กรอาจมีการใช้งานน้อยเกินไป จึงทำให้ไม่ได้ใช้ทรัพยากร อย่างไรก็ตาม เวิร์กโหลดที่ไม่สามารถคำนวณได้เนื่องจากไม่มีกำลังการผลิตที่พร้อมใช้งานอาจส่งผลให้สูญเสียโอกาสได้
สรุปคือ การใช้ระบบคลาวด์เพื่อเพิ่มโครงสร้างพื้นฐาน HPC ในองค์กรสำหรับงานที่เร่งด่วนสามารถลดความเสี่ยงที่จะพลาดโอกาสสำคัญๆ ได้
เพื่อขับเคลื่อนนวัตกรรม HPC ในระบบคลาวด์ Intel ทำงานอย่างลึกซึ้งกับผู้ให้บริการคลาวด์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด ใช้เทคโนโลยี เช่น Intel® Software Guard Extensions (Intel® SGX) และ Intel® Advanced Vector Extensions 512 (Intel® AVX-512) และลดความซับซ้อนการเริ่มต้นใช้งาน อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีคลาวด์ HPC ของเรา และวิธีที่เทคโนโลยีเหล่านั้นสามารถช่วยปรับปรุงผลลัพธ์ได้
การเลือกโปรเซสเซอร์ HPC เพื่อความสามารถในการขยายขนาดและประสิทธิภาพ
ด้วยความเชี่ยวชาญหลากหลายด้านเทคโนโลยี HPC เราที่ Intel มอบข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพสำหรับการจัดการเวิร์กโหลดที่มีความต้องการมากที่สุดในอนาคต โปรเซสเซอร์ปรับขนาดได้ Intel® Xeon® มอบแพลตฟอร์มอเนกประสงค์สูงที่สามารถปรับขนาดได้อย่างราบรื่นเพื่อรองรับความต้องการด้านประสิทธิภาพที่หลากหลายของเวิร์กโหลด HPC ที่สำคัญยิ่ง GPU สำหรับศูนย์ข้อมูลที่กำลังจะมาถึงของเราซึ่งใช้สถาปัตยกรรมขนาดเล็ก Xe HPG จะช่วยเสริมโปรเซสเซอร์ปรับขนาดได้ Intel® Xeon® Scalable ได้อย่างสมบูรณ์แบบ จึงช่วยขับเคลื่อนประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นไปอีก
Intel ทำงานร่วมกับระบบนิเวศของเราเพื่อจัดลำดับความสำคัญของความพยายามในการสร้างพิมพ์เขียวที่ช่วยให้สามารถออกแบบระบบ HPC ให้เหมาะสมที่สุด สำหรับการตรวจสอบข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ Intel® Cluster Checker (ส่วนหนึ่งของชุดเครื่องมือ Intel® oneAPI HPC) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบคลัสเตอร์ HPC ของคุณไม่เสียหายและได้รับการกำหนดค่าให้เรียกใช้แอปพลิเคชันแบบคู่ขนานพร้อมความสามารถในการพกพาที่น่าทึ่งสำหรับการเคลื่อนย้ายระหว่างระบบคลาวด์ในองค์กรและระบบคลาวด์ HPC
ด้วยเทคโนโลยี Intel® CoFluent™ คุณสามารถเร่งการปรับใช้ระบบที่ซับซ้อนและช่วยกำหนดการตั้งค่าที่เหมาะสมที่สุดโดยการจำลองการโต้ตอบระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์
ความก้าวหน้าในหน่วยความจำ HPC
หน่วยความจำเป็นส่วนประกอบสำคัญของการออกแบบระบบ HPC หน่วยความจำ ซึ่งรับผิดชอบการจัดเก็บข้อมูลระยะสั้นของระบบ อาจเป็นปัจจัยที่จำกัดประสิทธิภาพเวิร์กโฟลว์ของคุณ เทคโนโลยี Intel® Optane™ ช่วยเอาชนะปัญหาคอขวดเหล่านี้ในศูนย์ข้อมูลโดยการเชื่อมช่องว่างในลำดับชั้นการจัดเก็บข้อมูลและหน่วยความจำ เพื่อให้คุณทำการประมวลผลได้อย่างต่อเนื่อง
หน่วยความจำแบนด์วิธสูงได้แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จเมื่อรวมอยู่ใน GPU ที่ใช้ในการเขียนโปรแกรม HPC และจะพร้อมใช้งานบนโปรเซสเซอร์ x86 ในไม่ช้าเช่นกัน ในหลายกรณี เทคโนโลยีหน่วยความจำแบนด์วิธสูงสามารถเร่งความเร็วโค้ดที่ถูกผูกไว้กับแบนด์วิธหน่วยความจำโดยไม่ต้องเปลี่ยนโค้ด นอกจากนี้ยังช่วยลดต้นทุนหน่วยความจำ DDR ได้อีกด้วย
การปรับขนาดประสิทธิภาพด้วย HPC Fabric
ในการปรับขนาดระบบ HPC ขนาดเล็กกว่าอย่างมีประสิทธิผล องค์กรต่างๆ จำเป็นต้องมีแฟบริคประสิทธิภาพสูงที่ออกแบบมาเพื่อรองรับคลัสเตอร์ HPC
ระบบเครือข่ายประสิทธิภาพสูง Intel® (HPN) มอบประสิทธิภาพสูงสุดโดยใช้เทคโนโลยี Ethernet ที่คุ้นเคยและคุ้มค่า ซึ่งช่วยให้ผู้จัดการคลัสเตอร์มีโซลูชันครบวงจรที่ครอบคลุมความต้องการการฝึกอบรม HPC และการเรียนรู้ของเครื่อง มิดเดิลแวร์และเฟรมเวิร์ก HPC และ AI ยอดนิยมที่มีอยู่ รวมถึง oneAPI สามารถใช้ได้กับ Intel® HPN ผ่าน OpenFabrics Interfacesอินเทอร์เฟซ OpenFabrics (OFI หรือที่เรียกว่า libfabric) และ Intel® Ethernet Fabric Suite
เส้นทางที่ง่ายกว่าสู่ความสำเร็จของ HPC
Intel มอบความเชี่ยวชาญในการทำความเข้าใจแอปพลิเคชันและสถาปัตยกรรม HPC อย่างลึกซึ้ง และสิ่งที่ระบบ HPC ไม่ว่าจะเป็นภายในองค์กร ในระบบคลาวด์ หรือไฮบริด ต้องการเพื่อช่วยให้ผู้ใช้สร้างผลลัพธ์และเพิ่มความสำเร็จสูงสุด ด้วยสถาปัตยกรรม HPC บนพื้นฐานของเทคโนโลยี Intel® คุณสามารถพร้อมที่จะตอบสนองความต้องการ HPC, ระดับ Exascale และ Zettascale ในอนาคต
นอกจากนี้ ชุดเครื่องมือ oneAPI ของเรายังพร้อมช่วยให้นักพัฒนาลดความซับซ้อนของความพยายามในการเขียนโปรแกรม HPC ทำให้พวกเขาสามารถรองรับฮาร์ดแวร์ประเภทต่างๆ ได้มากขึ้น และเพิ่มผลลัพธ์ทางธุรกิจสูงสุด