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自超級(jí)計(jì)算機(jī)誕生開(kāi)始，人們就一直采用Linpack作為超級(jí)計(jì)算機(jī)性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)。該基準(zhǔn)作為衡量高性能計(jì)算能力的黃金標(biāo)準(zhǔn)，自1993年起就成為全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排名的衡量基礎(chǔ)。但如今，田納西大學(xué)諾克斯維爾分校一位杰出的教授Jack Dongarra認(rèn)為，這套標(biāo)準(zhǔn)將逐漸過(guò)時(shí)，需要建立一套全新的準(zhǔn)則取而代之。Jack Dongarra是Linpack標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)始人，其同時(shí)也負(fù)責(zé)全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)的排名工作。

那么到底為何要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改?Dongarra認(rèn)為L(zhǎng)inpack已經(jīng)無(wú)法跟上超級(jí)計(jì)算機(jī)需求的步伐，其必須進(jìn)行更新以保持前進(jìn)的腳步。

Dongarra在一份聲明中表示：“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的Linkpack排名現(xiàn)在已經(jīng)不能完全真實(shí)地反映應(yīng)用程序的性能。”因此，Dongarra目前正和他的同事——來(lái)自位于新墨西哥州阿爾布開(kāi)克市的桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Michael Heroux，共同研究一種新的衡量基準(zhǔn)，其有望在下期全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜公布(即2013年11月)前出爐。

超級(jí)計(jì)算機(jī)的衡量基準(zhǔn)需要經(jīng)常更新，以保證能夠正確反映出計(jì)算機(jī)使用方式的變化。Linpack標(biāo)準(zhǔn)最成功的一點(diǎn)是，其能夠被使用長(zhǎng)達(dá)30年之久，并且在這過(guò)程中其只做了一些細(xì)微的更新變動(dòng)。據(jù)說(shuō)Linpack的最新版本——高度并行計(jì)算基準(zhǔn)測(cè)試(HPL 2.0)，其在2008年就以發(fā)布，距今已有多年未作更新。

Dongarra解釋稱，Linpack衡量的是線性方程計(jì)算的速度和效率。隨著時(shí)間的推移，應(yīng)用程序?qū)Ω鼜?fù)雜計(jì)算的需求已變得原來(lái)越普遍。這些計(jì)算要求有高帶寬和低延時(shí)的環(huán)境，并且需要通過(guò)不規(guī)則模式訪問(wèn)數(shù)據(jù)。而Linpack無(wú)法測(cè)量這些更加復(fù)雜的計(jì)算程序。

“由于越來(lái)越多的應(yīng)用程序采用微分方程計(jì)算方式，這個(gè)問(wèn)題變得愈發(fā)重要并亟待解決。如果這個(gè)問(wèn)題得不到解決，那么每一輪全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)排行榜的Linpack性能數(shù)據(jù)與真實(shí)的數(shù)據(jù)之間的差距將越來(lái)越大。”Dongarra如此說(shuō)道。

于是，他和他的同事們開(kāi)始研究一項(xiàng)新式標(biāo)準(zhǔn)，即高度共軛梯度基準(zhǔn)測(cè)試(HPCG PDF Link)。這項(xiàng)新的測(cè)試方法旨在更好的關(guān)聯(lián)現(xiàn)代主流應(yīng)用程序中的計(jì)算和數(shù)據(jù)訪問(wèn)模式，同時(shí)也能提高整體的計(jì)算機(jī)性能，因?yàn)楝F(xiàn)在人們?cè)O(shè)計(jì)一些超級(jí)計(jì)算機(jī)的目的是為了能夠在全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單中名列前某，而非滿足現(xiàn)實(shí)生活的需求。

Dongarra表示：“我們現(xiàn)在似乎為了設(shè)計(jì)一個(gè)具有良好Linpack性能的系統(tǒng)，而在實(shí)際上對(duì)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)犯一些選擇性錯(cuò)誤，或是對(duì)系統(tǒng)增加一些不必要的組件或復(fù)雜機(jī)制。”

在其發(fā)表的新標(biāo)準(zhǔn)聲明中，Dongarra和Heroux引用了位于橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的泰坦超級(jí)計(jì)算機(jī)作為例子。泰坦系統(tǒng)具有18,688個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)16核、32GB的AMD Opteron(皓龍)處理器和一個(gè)6GB的Nvidia K20(圖像處理單元)。“泰坦在2012年11月份的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜中位列第一，當(dāng)時(shí)的排行依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是高度并行計(jì)算基準(zhǔn)測(cè)試HPL。然而，在泰坦的HPL測(cè)試過(guò)程中，皓龍?zhí)幚砥鲀H對(duì)測(cè)試結(jié)果起一部分的作用，所有的浮點(diǎn)計(jì)算和數(shù)據(jù)依靠的都是圖像處理單元。相反，應(yīng)用程序最初在移植到泰坦計(jì)算機(jī)時(shí)，他們通常獨(dú)立運(yùn)行在CPU上，并且會(huì)選擇性的關(guān)閉圖像處理單元的負(fù)載計(jì)算已達(dá)到加速計(jì)算機(jī)運(yùn)行的目的。”

我們可以看到，采用這種衡量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果錯(cuò)誤反映了系統(tǒng)的真實(shí)性能。當(dāng)然這點(diǎn)并不足為奇，因?yàn)橹灰�存在衡量�?biāo)準(zhǔn)，就存在有人為因素，就可以對(duì)這些測(cè)試結(jié)果夸大化。

Dongarra希望“這種新式評(píng)分系統(tǒng)能夠推動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施的方向，以便提高應(yīng)用程序的真實(shí)性能。”同時(shí)他還補(bǔ)充說(shuō)，新的衡量標(biāo)準(zhǔn)將能夠適應(yīng)新興的技術(shù)趨勢(shì)走向，不再因循守舊。

也就是說(shuō)，“Linpack基準(zhǔn)測(cè)試對(duì)高性能計(jì)算機(jī)群來(lái)說(shuō)，是一個(gè)十分合適的衡量標(biāo)準(zhǔn)。其體現(xiàn)出來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)、對(duì)促進(jìn)計(jì)算機(jī)性能優(yōu)化的激勵(lì)作用以及對(duì)整個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)行業(yè)的推動(dòng)作用都是極為重要的。不過(guò)，Linpack現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法真實(shí)反映出應(yīng)用程序的性能，我們必須采用新一種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)其進(jìn)行衡量。”

盡管如此，Linpack的時(shí)代還并未過(guò)去。HPCG將只是作為全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單排行的另一個(gè)可用標(biāo)準(zhǔn)，其將根據(jù)“真實(shí)的”性能反映對(duì)該榜單進(jìn)行重新排行。當(dāng)然，最終還是希望HPCG可以完全取代Linpack，正式成為超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

下一期的全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)榜單將在SC2013超級(jí)計(jì)算機(jī)大會(huì)上公布，其將同時(shí)采用Linpack和HPCG衡量標(biāo)準(zhǔn)。該大會(huì)將于今年11月在美國(guó)科羅拉多州丹佛市舉行。