Основная задача при создании эффективных и современных систем HPC (High Performance Computing — «высокопроизводительные вычисления») по мнению Intel, да и прочих игроков тоже, — это получить максимум производительности, минимум энергопотребления и как можно более высокую плотность размещения вычислительных блоков за условную денежную единицу.

Очевидная тенденция последних лет — увеличение числа и типа ядер/потоков на одном кристалле в сочетании с уменьшением техпроцесса — как раз и даёт необходимый рост плотности размещения и производительности на ватт. Это касается и «классических» Intel Xeon, и относительно новых ускорителей Xeon Phi, а вскоре к ним добавятся и ПЛИС. Впрочем, одной только вычислительной мощности для построения HPC-систем мало. Необходимы и подходящие средства связи и ввода/вывода, системы хранения данных и память, ПО для разработки и управления кластерами. И всю эту экосистему Intel готовит уже сейчас.

Только-только были представлены новые процессоры Intel Xeon E5v4, которые основаны на 14-нм техпроцессе; число ядер увеличилось, а производительность стала выше в сравнении с прошлым поколением v3. Что касается новых Intel Xeon Phi Knights Landing (KNL), о которых мы уже писали ранее, то про них новых данных пока тоже не очень много. На SC15 показывали первые модели KNL для установки в сокет, но позже будут представлены и варианты в виде PCIE-карты.

По словам представителя Intel, на данный момент уже идут поставки KNL, причём в любопытной конфигурации — с контроллером Intel OPA и массивом памяти MCDRAM (вариант HBM) под одной крышкой. MCDRAM примерно в четыре раза быстрее DDR4 и может быть гибко сконфигурирована в качестве «обычной» памяти или кеша. Старшая версия KNL будет иметь 72 ядра (до 4 потоков на каждом), до 16 Гбайт MCDRAM, встроенный контроллер DDR4-памяти и два линка Intel Omni-Path (OPA), а также контроллер PCIE. Производительность старшего кристалла KNL достигает трёх с небольшим терафлопс, то есть она в три раза выше, чем у предыдущего поколения Xeon Phi Knights Corner (KNC). Системные платы для KNL будут односокетными. В 2018 году предположительно будет готово новое поколение Intel Xeon Phi под кодовым именем Knights Hill (KNH).

Демонстрация работы Intel Omni-Path на стенде РСК

Программная совместимость кода между Intel Xeon и Xeon Phi, а также возможность объединения узлов на базе этих CPU в единое целое с помощью Intel OPA позволит автоматически, с помощью планировщика, перераспределять нагрузку между узлами различного типа для достижения максимальной производительности и энергоэффективности. Собственно говоря, на ПаВТ 2016 впервые в России компания РСК представила работающую систему на базе узлов «РСК Торнадо», которая использовала Omni-Path для обсчёта реальной задачи из области молекулярной динамики.

Наконец, последний «кирпичик» в «железной» экосистеме Intel — это новая память и накопители. Сейчас память становится всё ближе — в прямом и переносном смысле — к вычислительным модулям. Это и упомянутая выше MCDRAM в составе Xeon Phi, и новые продукты Optane на базе технологии 3D XPoint. Меняется сама иерархия памяти, за счёт чего условным строительным блоком будущих HPC-систем становятся уже не CPU/память/накопители, а целый узел или даже стойка. 3D Xpoint создавалась с целью устранения разрыва между NAND-памятью (ёмкой, не требующей для хранения постоянного питания, но имеющей ограниченный ресурс) и DRAM (не столь ёмкой и энергозависимой, зато быстрой и с практически бесконечным ресурсом).

Следующее поколение Intel Xeon получит полноценную поддержку 3D Xpoint. Таким образом, в серверах станет доступен достаточно большой объём (например, 3 Тбайт) действительно быстрой энергонезависимой памяти для локального хранения данных, что, в свою очередь, по мнению Intel, существенно упростит и ускорит работу с данными или даже изменит саму парадигму программирования, так как в данном случае постепенно размывается грань между SSD и RAM. Любопытно, что одним из вариантов реализации 3D Xpoint станут DIMM-модули, которые физически и электрически совместимы с DDR4. Впрочем, решения на базе 3D Xpoint и продукты Intel Optane будут представлены и в других форм-факторах.