異構(gòu)計算云計算的下一個戰(zhàn)場

神女應(yīng)無恙 當(dāng)驚世界殊

科幻小說《三體》里，世界上最快的計算機(jī)，運算速度達(dá)到100萬億次，而如今的機(jī)器計算力可以達(dá)到500萬億次，超算可達(dá)萬億億次級別。

科學(xué)幻想面對當(dāng)前現(xiàn)實的機(jī)器計算力，相形見絀很多了。

這是什么神力，讓科學(xué)幻想也趕不上世事的滄桑變化？

異構(gòu)計算推進(jìn)算力極大的提高，人工智能再提速

我們可以從最近阿里云新產(chǎn)品發(fā)布會中管窺一斑。

9月12日，阿里云異構(gòu)計算家族首次完美亮相，推出全新一代異構(gòu)加速平臺——涵蓋GPU、FPGA在內(nèi)等6款異構(gòu)實例，可滿足從圖形渲染到高性能計算及人工智能等復(fù)雜應(yīng)用的計算需求。其中新一代FPGA計算實例F2，基于Xilinx硬件可編程芯片打造，可為人工智能產(chǎn)業(yè)提供加速服務(wù)，在特定場景下的處理效率比CPU高30倍，而人工智能產(chǎn)業(yè)用戶可通過GN5i搭建微秒級響應(yīng)的AI服務(wù)，可將深度學(xué)習(xí)成本縮減50%以上，大幅降低人工智能計算門檻。

與此同時，針對傳統(tǒng)對高性能計算有強(qiáng)烈需求的高?？蒲袡C(jī)構(gòu)和企業(yè)用戶，推出的基于阿里云異構(gòu)平臺的全新高性能計算實例E-HPC，可一鍵部署獲得媲美大型超算集群環(huán)境的“云上超算中心”。E-HPC也是中國首個公共云上的HPC as a Service產(chǎn)品。

這是繼企業(yè)級ECS家族全線升級后，阿里云再次在企業(yè)級市場推出專業(yè)服務(wù)，新品具備更強(qiáng)的并行能力和多場景支持，不僅全力支撐人工智能計算力升級需求，也為圖形計算、生命科學(xué)、材料力學(xué)、分子動力學(xué)等科研計算領(lǐng)域提供超強(qiáng)普惠計算能力。

數(shù)據(jù)、算力和算法，這是未來科學(xué)技術(shù)也是科技一大潮流人工智能發(fā)展的三大要素。而這一切都要基于云計算。從功能而言，云計算是極其強(qiáng)大的，它可極大地提高信息計算處理能力，徹底降低計算機(jī)軟硬件的投資，并大大地降低信息服務(wù)的復(fù)雜性，根本改變了計算與存儲的方式，使云計算成為未來互聯(lián)運行指揮的“大腦”。比如北京超級云計算中心計算能力為每秒500萬億次未來甚至可達(dá)1000萬億次，而這一切離不開阿里云、騰訊云、華為云、電信云等國內(nèi)知名云計算服務(wù)廠商的貢獻(xiàn)。2017中國云計算企業(yè)百強(qiáng)榜近日出爐，阿里云穩(wěn)居第一，再次宣示阿里云在云計算霸主地位不可動搖。2015年阿里云宣布聯(lián)合中科大研制量子計算機(jī)，10-15年后速度將超天河二號百億億倍。這說明高速發(fā)展的云計算計算力正推動著當(dāng)前人類科技的巔峰人工智能及各項科技產(chǎn)業(yè)更大規(guī)模地爆發(fā)。

如今人工智能、深度學(xué)習(xí)已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界一股強(qiáng)烈浪潮，對各行各業(yè)都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。而人工智能、深度學(xué)習(xí)對計算能力的要求相當(dāng)?shù)母撸髶碛斜葌鹘y(tǒng)服務(wù)器強(qiáng)大得多的計算能力和每瓦計算能力，能夠滿足人工智能、深度學(xué)習(xí)對強(qiáng)大計算性能、計算能效以及計算實時性的最大需求，以推動和加速整個人工智能、深度學(xué)習(xí)生態(tài)的迅速發(fā)展。

而此番阿里云推出的異構(gòu)計算加速平臺，主要就是為了進(jìn)一步完善人工智能產(chǎn)業(yè)生態(tài)，滿足更多客戶的核心業(yè)務(wù)需求。阿里云此次推出適用于深度學(xué)習(xí)在線推理（Inference）的GPU實例GN5i，采用了英偉達(dá)Pascal架構(gòu)P4圖形處理器，提供最大45Tops INT8整型計算能力和11TFlops FP32單精度浮點計算能力?？筛鶕?jù)深度學(xué)習(xí)計算力的要求，進(jìn)行GPU實例的“Scale-out：水平擴(kuò)容或“Scale-up”垂直變配，分鐘級即可完成實例的創(chuàng)建。2017年初，阿里云就推出基于英特爾Arria 10芯片的FPGA計算實例，有效提升了人工智能及深度學(xué)習(xí)的效率，為企業(yè)節(jié)省成本。而此次發(fā)布的F2實例基于賽靈思Xilinx KU115器件，提供145萬邏輯門電路，單實例的單精度浮點計算性能可達(dá)1.5TFlops，“馬力”超強(qiáng)。

隨著集成英特爾（F1）和賽靈思（F2）芯片的FPGA計算實例相繼問世，加上阿里云業(yè)已推出的FPGA鏡像市場，阿里云率先完成對主流FPGA方案的全覆蓋，成為全球FPGA領(lǐng)域產(chǎn)品線最全、場景最多的公共云服務(wù)商。

應(yīng)運而生，異構(gòu)計算挑起計算大梁的關(guān)鍵技術(shù)

近10年來，計算行業(yè)經(jīng)歷了從32bit、x86-64、多核心、通用GPGPU以及2010年“CPU—GPU”異構(gòu)計算的變遷。而這幾年，隨著人工智能、高性能數(shù)據(jù)分析和金融分析等計算密集型領(lǐng)域的興起，異構(gòu)計算日益火爆起來。

然而在光鮮華麗的表象之下，對于一般用戶來說，異構(gòu)計算的采購、部署以及使用門檻對絕大多數(shù)企業(yè)來說都很高。

痛點如下：1、采購成本居高不少：普通用戶小量采購基本上沒有議價能力，特別是購買試用的FPGA、開發(fā)板還有服務(wù)器，量少的話采購價格非常高。而阿里云從芯片原廠、OEM統(tǒng)一采購芯片和機(jī)器，不需要經(jīng)過層層代理，大大降低采購成本，而且在云上提供按需使用的FPGA對于普通FPGA開發(fā)者來說，讓使用成本得到極大降低。

2、開發(fā)難度大：就是現(xiàn)有的FPGA開發(fā)工具不太友好，而且像Verilog和VHDL這樣的開發(fā)語言，學(xué)習(xí)的門檻比較高。所以對開發(fā)者來說，要想開發(fā)出性能比較高的軟件，需要對FPGA了解非常深入才行，因此開發(fā)難度比較大。

3、交付周期長：通常用戶從開始需要采購，到機(jī)型選擇、硬件架構(gòu)設(shè)計、供應(yīng)商選擇、機(jī)房選擇、財務(wù)審批等流程通常需要幾個月的時間，費時費力；

4、采購不靈活難于把控：采購?fù)炅薌PU/FPGA的數(shù)量就固定了，任務(wù)少的話多買的GPU/FPGA就浪費了，任務(wù)多的話GPU/FPGA數(shù)量又不夠用。

因此，傳統(tǒng)通用計算的方式已經(jīng)難于滿足人們對計算能力的高要求，異構(gòu)計算被認(rèn)為是現(xiàn)階段能挑起計算大梁的關(guān)鍵技術(shù)，阿里云異構(gòu)計算產(chǎn)品解決方案就在這樣的大環(huán)境下應(yīng)運而生了。

目前“CPU+GPU”以及“CPU+FPGA”都是最受業(yè)界關(guān)注的異構(gòu)計算平臺，

優(yōu)點明顯：1、GPU/FPGA資源即買即用，靈活自如。有了E-HPC，企業(yè)就能快速獲得高性能計算集群能力，高性能計算調(diào)度能力和軟件能力，按需組建自己的“云上超算中心”，再也不用一次性巨額資金投入，對高性能計算有需求的企業(yè)可以隨買隨用，從而幫助降低購買門檻、計算成本，提高計算靈活性。目前，阿里云E-HPC已向國內(nèi)用戶開放邀測，支持包月包年和按需付費。據(jù)悉，該產(chǎn)品不久將實現(xiàn)全球同步售賣。

2、超大規(guī)模資源池，滿足業(yè)務(wù)峰值的GPU/FPGA大規(guī)模的數(shù)量需求。

3、享受異構(gòu)計算超摩爾定律的硬件紅利，以相同的價格使用性能更強(qiáng)的GPU/FPGA實例；

4、全面的異構(gòu)產(chǎn)品線，滿足人工智能訓(xùn)練、推理，圖像視頻處理等各種不同的需求。對于AI來說，阿里這套解決方案能非常好地加速AI領(lǐng)域的訓(xùn)練和預(yù)測/分類等問題，包括圖像識別、語音識別、視頻識別、視頻監(jiān)控、文字識別、人臉識別、車輛識別、自動駕駛、機(jī)器翻譯等AI的應(yīng)用場景。

5、產(chǎn)品整合：和整個阿里云產(chǎn)品體系深度整合，數(shù)據(jù)打通。

目前，中國的天河2號、天河1號、曙光6000都是異構(gòu)超算，而天河2A和下一代曙光7000超算和神威超算也是異構(gòu)超算，同構(gòu)的超算只有神威藍(lán)光。異構(gòu)超算已成為云計算的共同選擇了。

未來在云服務(wù)器行業(yè)，誰在計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)三者上做到最好，更高的穩(wěn)定性、更高的彈性和易用性、更高的安全性、更低的成本，誰就拔得頭籌。

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