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簡(jiǎn)而言之，高性能計(jì)算(HPC)是計(jì)算能力的聚合，可提供遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)式機(jī)或服務(wù)器預(yù)期的性能水平。通常，HPC部署用于運(yùn)行復(fù)雜的算法、模型或深度學(xué)習(xí)工作負(fù)載，以解決工程、科學(xué)或業(yè)務(wù)中的大型問(wèn)題。由于CPU容量、時(shí)間(任務(wù)處理速度太慢)或同時(shí)運(yùn)行復(fù)雜模型的能力的限制，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算部署通常無(wú)法提供HPC提供的計(jì)算能力水平。
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過(guò)去五年，對(duì)HPC的需求急劇增長(zhǎng)，尤其是在學(xué)術(shù)領(lǐng)域。許多大學(xué)使用HPC部署進(jìn)行研究，例如尋找可再生能源、開(kāi)發(fā)太空探索項(xiàng)目以及創(chuàng)造新材料。HPC在天氣預(yù)報(bào)(包括風(fēng)暴的預(yù)測(cè)和跟蹤)以及醫(yī)學(xué)研究、智能能源網(wǎng)格和制造模擬分析等氣象學(xué)領(lǐng)域也非常普遍。任何使用“大數(shù)據(jù)”的應(yīng)用都適合HPC。
由于HPC對(duì)電力和冷卻的高要求，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心往往是唯一能夠提供合適環(huán)境的設(shè)施;嘗試在大學(xué)或商業(yè)建筑內(nèi)容納HPC可能具有挑戰(zhàn)性。需求的增加導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心(主要是超大規(guī)模)被設(shè)計(jì)來(lái)應(yīng)對(duì)這些類型的應(yīng)用，而HPC無(wú)疑是數(shù)據(jù)中心行業(yè)的一個(gè)增長(zhǎng)領(lǐng)域。例如，2020年HPC市場(chǎng)價(jià)值為45億美元，預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到115.4億美元。那么，HPC如何改變數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)方式呢?
HPC部署通常比標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算部署消耗更多的能源。然而，有幾個(gè)因素可以緩解這種情況，首先，計(jì)算能力顯著增強(qiáng)，并且占用空間更小。其次，所需的更高功率水平可能需要不同的冷卻技術(shù)，例如從建筑物冷卻系統(tǒng)向?qū)嶋H硬件提供水冷卻，而不是像標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器那樣通過(guò)空氣冷卻。第三，HPC部署可以根據(jù)支持的工作負(fù)載的性質(zhì)非?？焖俚卦黾雍蜏p少。這直接影響到數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì);水冷數(shù)據(jù)中心需要包含緩沖容器，以適應(yīng)突然的冷卻需求。
這些設(shè)計(jì)含義顯然值得考慮，因?yàn)镠PC比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)帶來(lái)了許多好處。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)處理器每秒可以執(zhí)行2到40億個(gè)周期。這對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了，但對(duì)于海量應(yīng)用、算法和數(shù)據(jù)集來(lái)說(shuō)并不合適。
高性能計(jì)算設(shè)施中的集群或超級(jí)計(jì)算機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)每秒千萬(wàn)億次的計(jì)算速度。特別是如果設(shè)計(jì)有先進(jìn)的中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、高速內(nèi)存和低延遲網(wǎng)絡(luò)，這些速度甚至可以使最大的任務(wù)變得易于管理。
這些更快的速度意味著用戶可以更快地解決問(wèn)題。雖然高性能計(jì)算成本可能是短期支出，但他們可以通過(guò)快速的洞察、發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新節(jié)省很多倍的資金。
此外，HPC基礎(chǔ)設(shè)施可以針對(duì)獨(dú)特的工作負(fù)載進(jìn)行更改和優(yōu)化。HPC根據(jù)其特定任務(wù)進(jìn)行調(diào)整，改變了組織管理項(xiàng)目的方式-無(wú)論是簡(jiǎn)化重復(fù)任務(wù)、使用自動(dòng)化，還是比以前更快地測(cè)試新流程。
隨著世界對(duì)數(shù)據(jù)的依賴不斷增長(zhǎng)，使用HPC的組織將在競(jìng)爭(zhēng)中處于領(lǐng)先地位。在商業(yè)中，高性能計(jì)算企業(yè)可能比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更快地產(chǎn)生見(jiàn)解或提供服務(wù)。在研究中，HPC可以幫助團(tuán)隊(duì)更快地創(chuàng)新。
高性能計(jì)算現(xiàn)代系統(tǒng)和實(shí)踐可以幫助組織創(chuàng)新和蓬勃發(fā)展，但在某些情況下也可能存在挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬對(duì)于首先采用HPC應(yīng)用的企業(yè)來(lái)說(shuō)可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。本地HPC基礎(chǔ)設(shè)施通常是一個(gè)障礙，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)可能無(wú)法滿足HPC所需的超快數(shù)據(jù)傳輸速度，而且首先將數(shù)據(jù)上傳到HPC系統(tǒng)也可能非常耗時(shí)。
同樣，購(gòu)買(mǎi)部署高性能計(jì)算解決方案的設(shè)備的成本也會(huì)引起問(wèn)題。根據(jù)所討論的HPC工作負(fù)載，組織可能需要一次購(gòu)買(mǎi)多個(gè)計(jì)算資源，這對(duì)于許多無(wú)法支付初始費(fèi)用來(lái)?yè)碛衅銱PC基礎(chǔ)設(shè)施的人來(lái)說(shuō)是一個(gè)進(jìn)入障礙。
此外，數(shù)據(jù)隱私對(duì)于所有企業(yè)都至關(guān)重要，尤其是金融和醫(yī)療保健等高度監(jiān)管領(lǐng)域的企業(yè)。在這些領(lǐng)域，個(gè)人數(shù)據(jù)必須安全保存并符合許多要求。高性能計(jì)算存儲(chǔ)可以分布在多個(gè)解決方案中，每個(gè)解決方案都必須保證數(shù)據(jù)隱私。
當(dāng)討論HPC時(shí)，人們通常會(huì)擔(dān)心功耗和可持續(xù)性，雖然運(yùn)營(yíng)需要更多電力，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，使用HPC可以帶來(lái)更大的可持續(xù)發(fā)展效益，因?yàn)槔寐矢?，運(yùn)營(yíng)效率提高。
雖然HPC是滿足不斷增長(zhǎng)的計(jì)算和存儲(chǔ)需求的強(qiáng)大解決方案，但數(shù)據(jù)中心開(kāi)始通過(guò)旨在解決密度、熱量和帶寬挑戰(zhàn)的集中設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)解決明顯的進(jìn)入障礙。除了先進(jìn)的冷卻之外，隨著對(duì)HPC就緒設(shè)施的需求增加，能夠提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電力、網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)、可擴(kuò)展性、冗余和安全性的耐用數(shù)據(jù)中心環(huán)境將變得更加容易獲得。
