在法蘭克福舉辦的全球超級計算大會上，重磅消息傳來，NVIDIA宣布CUDA支持Arm CPU，為高性能計算開辟全新途徑，以構(gòu)建具有極高能效水平的百萬兆級AI超級計算機(jī)。北京時間6月17日下午四點，NVIDIA與媒體召開電話會議。下文將詳解雙方合作始末，以及<電子發(fā)燒友>獨家求證后獲知的信息。

NVIDIA攜手Arm意欲何在？

隨著傳統(tǒng)計算規(guī)模擴(kuò)展步伐的停止，功率將成為所有超級計算機(jī)的限制因素。對于與Arm的攜手，NVIDIA創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛表示：“NVIDIA CUDA加速的計算和Arm的高能效CPU架構(gòu)的相結(jié)合，將助力HPC社區(qū)實現(xiàn)大幅提升，以達(dá)到百萬兆級?！?br />
雙方合作的原因主要有兩方面：首先，客戶需要更多選擇，一旦完成堆棧優(yōu)化，Nvidia將加速所有主要CPU架構(gòu)，包括x86、Power和ARM；其次，通過將NVIDIA軟件棧引入Arm生態(tài)系統(tǒng)，將進(jìn)一步助推在HPC服務(wù)器市場的創(chuàng)新。

年底前，NVIDIA將向Arm生態(tài)系統(tǒng)提供全堆棧的AI和HPC軟件，該堆棧為600多個HPC應(yīng)用程序和所有AI框架提供加速，其中包括了所有NVIDIA CUDA-X AI和HPC庫、GPU加速的AI框架和軟件開發(fā)工具，如支持OpenACC的PGI編譯器和性能分析器。

NVIDIA解決方案架構(gòu)與工程團(tuán)隊副總裁Marc Hamilton透露，NVIDIA和Arm已為這個計劃準(zhǔn)備了兩年左右，認(rèn)為現(xiàn)在是最佳的發(fā)布時機(jī)。建立在雙方超過10年的合作基礎(chǔ)之上，此前，NVIDIA幾款用于便攜式游戲、自動駕駛汽車、機(jī)器人和嵌入式AI計算的系統(tǒng)級芯片產(chǎn)品都采用了Arm。全球眾多涉及超級計算的項目或單位都在尋求Arm的加入，包括歐洲處理器計劃（European Processor Initiative）、日本先進(jìn)情報項目中心 (RIKEN)、美國能源部的先鋒項目（DOE Vanguard project）等。

合作僅止于HPC軟件方面？還是會進(jìn)一步影響到某些應(yīng)用市場？NVIDIA表示，合作同時也是對于其他平臺的補(bǔ)充，例如Jetson Xavier，并將進(jìn)一步拓展在數(shù)據(jù)中心和HPC平臺的合作。

超算競爭再加劇

在超級計算機(jī)中使用基于Arm的體系結(jié)構(gòu)是值得注意的，和其他架構(gòu)相比，Arm的一大特色在于出色的能效，能夠為超級計算提供開放式架構(gòu)，用戶可以實現(xiàn)更為高度的集成。對于需要快速處理和分析大型數(shù)據(jù)集的研究密集型任務(wù)，能夠滿足內(nèi)存容量和可擴(kuò)展性需求。

Arm已經(jīng)在世界各地的許多HPC中心獲得了越來越多的關(guān)注，NVIDIA支持Arm CPU后，將為研發(fā)超算的研究人員們提供了除英特爾和IBM外的第三種選擇，并使得研發(fā)者可以通過這種方式獲得更多的自主控制能力。對于已經(jīng)選擇了Arm CPU的用戶來說，他們同時可以獲得NVIDIA GPU加速計算選項。CUDA強(qiáng)大的軟件能力，將能夠和Arm的軟件生態(tài)無縫銜接，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。

一直以來，Arm并沒有放棄將其處理器擴(kuò)展至高性能計算領(lǐng)域的堅持。近年來大的舉動有：2016年8月宣布將與日本富士通公司合作，開發(fā)一個以64位ARMv8-A驅(qū)動的Post K超級計算機(jī)，并于當(dāng)年12月宣布收購Allinea Software公司，后者主要為超級計算機(jī)提供性能分析工具。在2018年11月的TOP500列表上，首次出現(xiàn)了Arm的身影，而且是安裝在大名鼎鼎的美國桑迪亞國家實驗室。與此同時，Cray于2018年11月在英國氣象局交付了一臺基于Arm的超級計算機(jī)"Isambard"，而日本的下一代超級計算機(jī)"Post-K"也同樣基于Arm架構(gòu)。

超算未來將更為注重能耗

超算屆有兩個重要排名：TOP500和Green500。TOP500主要按照性能基準(zhǔn)，提供通用高端應(yīng)用的系統(tǒng)排名。而相比TOP500，Green500除了追求運(yùn)算速度，更加重視超算的能耗問題。

根據(jù)今年剛剛發(fā)布的Green500排行榜，在全球最節(jié)能的25款超級計算機(jī)中，有22款都得益于NVIDIA的支持。關(guān)鍵因素在于：采用NVIDIA GPU的超級計算機(jī)能夠?qū)⒎敝氐奶幚碜鳂I(yè)卸載至更為節(jié)能的并行處理CUDA GPU之上；NVIDIA與Mellanox合作優(yōu)化整體超級計算集群的處理；以及NVIDIA發(fā)明的SXM 3D封裝和可實現(xiàn)極密集型擴(kuò)展節(jié)點的NVIDIA NVLink互連技術(shù)。

攜手打造超豪華“朋友圈”

包括超算中心和系統(tǒng)提供商以及系統(tǒng)級芯片制造商等在內(nèi)的眾多HPC行業(yè)及Arm生態(tài)系統(tǒng)中的全球領(lǐng)先企業(yè)，都表達(dá)了其對于NVIDIA攜手Arm的支持。

對于超算百萬兆級時代的愿景，Cray認(rèn)為主要在于將AI和分析與建模、仿真相結(jié)合的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)能夠支持、也經(jīng)常需要為科學(xué)、工程和數(shù)字化轉(zhuǎn)型所需的數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載構(gòu)建的多種處理器架構(gòu)和系統(tǒng)。Cray系統(tǒng)管理和編程環(huán)境（編譯器、庫和工具）已經(jīng)能夠在XC和未來的Shasta超級計算機(jī)上支持Arm處理器，將CUDA和CUDA-X HPC和AI軟件堆棧用于Arm平臺，并將其與Cray系統(tǒng)管理和編程環(huán)境緊密集成，能夠助力其超級計算機(jī)實現(xiàn)最終愿景。

“歐洲處理器計劃（European Processor Initiative，EPI）總經(jīng)理Philippe Notton則表示，打造歐盟自己的高端、低功耗、通用和加速器解決方案，EPI和其工業(yè)合作伙伴SiPearl非常看好NVIDIA所帶來的全新可能性。將EPI基于Arm的微處理器與NVIDIA加速器相結(jié)合，能夠匹配未來歐洲百萬兆級模塊化超級計算機(jī)中的構(gòu)建模塊。”

考慮到未來幾年內(nèi)百萬兆級系統(tǒng)和大規(guī)模AI計算的興起，Jülich超算中心負(fù)責(zé)人Thomas Lippert表示， NVIDIA對Arm處理器的支持是非常令人興奮的發(fā)展，對于實現(xiàn)未來超級計算機(jī)和可組合數(shù)據(jù)中心的真正模塊化至關(guān)重要。

在HPC網(wǎng)絡(luò)方面處于領(lǐng)先地位的Mellanox Technologies，其InfiniBand和以太網(wǎng)技術(shù)連接了全球多款大型的超級計算機(jī)，其中就包括第一代基于Arm的各系統(tǒng)。該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Eyal Waldman希望通過持續(xù)合作，部署200Gb/s HDR和計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以優(yōu)化HPC和AI工作負(fù)載，并實現(xiàn)新一代基于Arm的超級計算機(jī)的超級連接。

百萬兆級意義何在？

全球超級計算機(jī)競賽正朝著“百萬兆級計算”這個里程碑似的目標(biāo)前進(jìn)著。

百萬兆級意味著什么？一個百萬兆級的計算機(jī)一瞬間進(jìn)行的計算量，相當(dāng)于地球上所有人每天每秒都不停地計算四年。

這種非凡的力量將使研究人員能夠進(jìn)行大規(guī)模復(fù)雜的模擬，從而在許多領(lǐng)域取得進(jìn)展，從氣候科學(xué)到基因組學(xué)、可再生能源和人工智能。田納西大學(xué)的超級計算機(jī)專家Jack Dongarra曾說過：“百萬兆級的計算機(jī)是一項有力的科學(xué)工具，就像粒子對撞機(jī)或巨型望遠(yuǎn)鏡一樣?！边@些機(jī)器在工業(yè)上也很有用，它們可以被用于加速產(chǎn)品設(shè)計和識別新材料。軍方和情報機(jī)構(gòu)也渴望這樣的超級計算機(jī)能夠?qū)⒈挥糜诰S護(hù)國家安全。超級計算機(jī)是促進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要工具，建立百萬兆級超級計算將能夠極大地擴(kuò)展人類知識的邊界。