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去年底，桑迪亞國家實驗室開始測試一種非同尋常的超級計算機。與由大型互連的CPU和GPU集群組成的傳統(tǒng)超級計算機不同，這臺機器集成了可重構加速器，能夠針對特定計算任務優(yōu)化自身運行。這種類似于現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的新架構由初創(chuàng)公司NexSilicon開發(fā)。該方法的一個關鍵優(yōu)勢在于無需重寫軟件：硬件會針對軟件進行自我優(yōu)化，而不是反過來。

Spectra 系統(tǒng)集成了 128 個NextSilicon Maverick-2 加速器，目前仍處于研究階段，項目負責人兼桑迪亞國家實驗室高級科學家James Laros表示。NextSilicon 的總部位于特拉維夫和明尼阿波利斯，該公司聲稱其加速器通常功耗只有 NVIDIA Blackwell 的一半，速度卻快 4 倍。功耗和速度會根據(jù)具體應用而有所不同。

靈活性的力量

NextSilicon 首席執(zhí)行官 Elad Raz 表示，傳統(tǒng)架構會預測下一條指令，然后獲取并緩存數(shù)據(jù)?！叭绻芟羞@些開銷呢？”他疑惑道。“很多人都在嘗試開發(fā)新的 CPU 或更強大的 GPU。其他公司則提供軟件解決方案，”Raz 說，“而我想要打造的是軟硬件協(xié)同運作的產品?！?/p>

該公司開發(fā)的 Maverick-2 首先在 CPU 上運行應用程序，并識別出哪些操作運行頻率最高。然后，它重新配置芯片，以優(yōu)化數(shù)據(jù)流的方式安排其工作。他表示，這樣就無需來回獲取數(shù)據(jù)，“你可以生成一條數(shù)據(jù)管道”。

該公司設計的一大優(yōu)勢在于，用戶無需重寫軟件即可使其在系統(tǒng)上更高效地運行。硬件會適應軟件，而不是反過來。

拉羅斯說，桑迪亞國家實驗室運行的大多數(shù)應用程序都受到內存帶寬的限制?！叭绻覀儾槐胤祷刂鲀却?，速度就能更快，那會怎樣？”這就是Spectra架構的潛力所在。

Raz表示，Maverick的功耗只有NVIDIA Blackwell的一半，運行HPCG（一種超級計算基準測試）的速度是其兩倍；運行PageRank（另一種基準測試）的速度更是其十倍。桑迪亞國家實驗室的科學家們目前正在評估Spectra在運行分子動力學模擬（預測原子運動，廣泛應用于物理學和材料科學領域）以及美國能源部使用的其他核心代碼時的性能?！八膬?yōu)勢在于，如果能讓那些在GPU上運行不佳的應用程序獲得更好的性能，或者在保持相同性能的同時提高能效，”Laros說道。

通過實驗支持任務

桑迪亞國家實驗室利用計算機模擬來維護美國的核武庫?！拔覀円呀?jīng)用模擬和計算取代了測試，”拉羅斯說。由于這項任務至關重要，實驗室必須“確保我們不會把所有雞蛋放在一個籃子里，”他說道。如果一家為美國政府提供核武庫管理技術的公司倒閉，政府就需要有替代方案?！拔覀兙S護著一系列相互關聯(lián)的技術，”拉羅斯說。

Spectra是桑迪亞國家實驗室先鋒計劃的一部分，該計劃允許政府與初創(chuàng)公司合作，測試并幫助開發(fā)早期高性能計算技術?！拔覀兊哪繕耸菧y試這些技術在我們先進的模擬和計算任務代碼中的應用，”拉羅斯說。

拉羅斯表示，桑迪亞國家實驗室的大部分代碼運行在CPU上。他們也采用了英偉達公司開發(fā)的基于GPU的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)速度更快，但需要實驗室人員移植代碼?！斑@花了我們數(shù)百個小時，”拉羅斯說。此外，還有一些重要的科學模擬程序在GPU上運行不佳，例如可用于評估復雜風險的蒙特卡羅方法。

拉羅斯表示，目前專注于高性能科學計算的計算初創(chuàng)公司并不多見——他說，如今“一切都圍繞著人工智能”。Next Silicon 正在開發(fā)一種硬件，該公司希望憑借其承諾的節(jié)能特性，該硬件能夠為人工智能和計算機帶來優(yōu)勢。電力供應是目前大型人工智能數(shù)據(jù)中心面臨的主要制約因素。拉茲希望 NextSilicon 的加速器能夠通過在給定的電力消耗下實現(xiàn)更高的性能效率來提供優(yōu)勢。

“先鋒計劃”允許政府測試高風險技術的潛力。“失敗在所難免，”拉羅斯說。“我們的目標是進行非常先進的技術探索。我們驗證其可行性。其他實驗室和其他商業(yè)機構將會效仿。”

https://spectrum.ieee.org/reconfigurable-supercomputer

（來源：編譯自IEEE）

*免責聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內容系作者個人觀點，半導體行業(yè)觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業(yè)觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導體行業(yè)觀察。

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