資訊科技的極致-SC13
Published by Yi-Lang Tsai under 丹佛, SC on 12/06/2013 05:15:00 上午
每年舉辦的Super Computing年會，是世界上最重要的資訊科技盛會，包括了高速計算、網路技術、科學計算等領域都齊聚在一起，尤其各個國家主要的高速計算中心以及研究單位，每年都會參與並且建立彼此的研究合作關係，今年在Colorado(科羅拉多州)的Denver(丹佛)舉行，如同往年有多場的不同主題的研討以及各個參展單位的成果展覽，因應雲端時代的來臨，除了傳統的科學計算之外，今年有許多的議題皆與雲端服務有關，例如：雲端運算環境中的軟硬體架構、管理的機制、雲端上的應用服務等，在SC的年會上都能夠見識到資訊科技的極致，從應用、軟體或是硬體的設計，都是為了讓運算的能力更上層樓，也能夠解決以往無法在有效時間內解決的問題，這個也是科學進度的原動力。
SC會議希望串連全球各個主要的HPC運算中心，透過互相交流與技術合作，可以推動更多樣化的科學應用，包括解決人類所面臨到的問題，具有高速的計算能力，也可以用來代表國家對於科學研究發展的基礎建設是否足夠的指標。
每年的SC年會，除了美國的主要高速計算中心會參與之外，也有許多大學與研究單位，這些高速計算中心，大學與研究單位在應用的領域而言，是相當廣泛的，包括了流體力學、機械、結構、災防、大氣模擬、科學計算等，不同的領域都能夠將高速電腦應用得恰到好處，發展其具有的特性。
今年會議的主席是William Douglas Gropp，在致詞時也特別說明了高速計算的發展以及應用的趨勢，希望透過會議的舉行，凝聚全球的科學研究能量，應用於各領域的發展。
在高速計算領域需要解決與面對的問題，可以從今年的專題演講(Keynote Speak)Genevieve Bell所介紹的幾個面向來看，包括了Design, Logic, Control, Lies, Data, Control, Query, Knowledge等多個不同的角度，來探討高速計算在發展過程，需要解決的問題，以及這些問題背後所隱藏的意義，對於想要瞭解高速計算領域的人而言，可以更快的掌握當下最為急迫的關鍵問題為到，在研究過程可以利用已有的解決方案，縮短解決問題的時間，對於科學計算的發展，可以獲得正面的效益。
對於龐大的運算主機而言，如何掌握這些運算主機以及各個主要元件的運作狀況，屬於運算資源管理過程最要必要的，目前管理的方式除了傳統的資訊收集方式之外，視覺化的呈現介面對應到當下的運算資源，甚至是雲端運算資源的管理，都是相當重要的一件事，能夠讓系統管理人員一目瞭然當下系統的運算狀況，也可以直覺的掌握每一個執行程序、每一位使用者，以至於對於系統資源的使用情況，包括了CPU, GPU等運算資源的使用，記憶體、磁碟等儲存空間的使用情況等，這些對於高速運算主機或是設備而言，都是相當重要的，必須跳脫傳統管理系統的方式，系統管理人員對於本身的技術能量也需要跟上時代發展的腳步。
繪圖處理器(GPU)改變了傳統採用中央處理器(CPU)的運算方式，因應圖形處理以及多執行程序的需求，配合GPU可以加快傳統採用CPU運算的方式達數十倍以上，甚至可能達到百倍以上，因此對於大尺度問題的解決，在時間的節省上是最直接能夠反應採用GPU計算的價值所在，今年仍像往年一樣，許多採用GPU運算架構的硬體隨時可見，而且在架構的設計上更為緊密，甚至在一台機器內，可以使用到八張以上的GPU卡，以進行平行的運算，來縮短解出答案的時間。
日本的京電腦(K Computer)從有它之後，就一直是每年SC會議的重點，許多與會人員都想要一探其中的奧秘，當然我也不例外，在聽完相關的介紹以及深入的討論之後，對於K Computer在整個發展的過程，跟我們最大的不同，在於設計的理念，從最底層的精神就不一樣了，K Computer在設計之前，花了許多的時間進行科學應用的調查，經過嚴謹的需求分析之後，然後才有了K Computer的設計，當然其中有許多計畫彼此可能有些衝突，而無法完全的滿足所有的需求，這也是優先順序以及重要性的評估，也藉由這樣的評估程序，可以讓整個系統的設計，在規劃時就能夠確定可以符合未來在應用上的需求，其中亦有許多開創性以及前瞻性的應用，是以往可能沒有的，但是因為這樣的精神，在完成建置後，不怕找不到用戶，但反觀國內在規劃相關的設計時，都是以傳統的應用服務為主，怕失去原本的客戶而受限了，對於新的應用領域可能未經過完整的分析，當然建置後只有原本的用戶會轉移到新的主機上，對於其它的應用就無法符合對方的需求了，而國內的許多大專院校彼此競爭資源，爭相的建置計算主機，以突顯在位者的功績，而這些對於科學研究的發展，實在是沒有幫忙。
雲端的時代，當然在會場可以找到訴求雲端運算的設備，目前許多的雲端設備，包括了網路、運算主機、儲存設備以及監控管理系統，都能夠收容在一個機櫃以內，除了提供高速的計算環境之外，也提供了高達100Gbps的網路界面，可以極快速的與外界進行資料的交換，在雲端服務化的時代，在硬體技術的發展上，對於大多數的應用而言，都能夠滿足相關的需求。
今年SC會場的連外網路，仍然由SCinet負責，除了提供會場內的網路連線之外，在頻寬的擴增上，今年已達到了會場以100Gbps對外的連線頻寬，實際的網路流量也達到了近90Gbps，並且透過即時的網管平台，能夠有效的掌到各個攤位對於網路的使用情況，今年比較特殊的是，在會場也建置了帳號與密碼的監控平台，只是所使用的通訊協定是未加密的，或是不安全的，都可能遭到密碼的揭露。
高密度與集中化的設計方式，可以讓我們在輕簿短小的空間中，塞入更多且更大量的運算資源，所採用的高熱再透過節能、水冷或是熱傳導的方式，將設備所產生的熱量排出，以降低設備本身在運作時的溫度，以提供設備本身的穩定性。
目前是講求高頻寬以及巨量資料的時代，在高速計算的環境中，除了提供高速的運算能力之外，在資料的傳輸上為了提高效率，節省時間，也發展出單張網卡就具備多埠的網路界面，採用光纖網路進行資料的傳輸，將效能發揮到最高。
高速的計算伴隨而來的就是設備所產生的高熱，因此每年都可以看到一些針對降溫或是增加熱交換的解決方案，為了快速的將熱氣排出以解決溫度的問題，將設備能夠維持在穩定的溫度，避免影響運算的效能或是造成設備的當機。
小兵立大功，可用來形容以Raspberry Pi所造成的運算系統，雖然每一台的Raspberry Pi的運算能力不高，甚至談不上運算的能力或是速度，不過如果將多台的Raspberry Pi串連起來，成為一套平行運算的機器，因為建置成本相當低，因此對於一些基礎的科學運算而言，也許可以是相當好的應用環境。
每年的SC都有它的主軸，也都各具有自己的特色，從1988年到今年，已舉辦了相當多屆，因為工作的關係，個人參加了2004年、2012年以及2013年的會議，而個人所服務的中心，今年是第15年參加這個會議的展出，也是台灣唯一參加的高速計算中心，每年的展場以及議程，都與當下最新的科學研究發展趨勢有關，除了瞭解了資訊科技的進步之外，對於科學的研究，也能夠瞭解最新的突破，以及運用高速計算來解決的問題。
SC會議希望串連全球各個主要的HPC運算中心，透過互相交流與技術合作，可以推動更多樣化的科學應用，包括解決人類所面臨到的問題，具有高速的計算能力，也可以用來代表國家對於科學研究發展的基礎建設是否足夠的指標。
每年的SC年會，除了美國的主要高速計算中心會參與之外，也有許多大學與研究單位，這些高速計算中心，大學與研究單位在應用的領域而言，是相當廣泛的，包括了流體力學、機械、結構、災防、大氣模擬、科學計算等，不同的領域都能夠將高速電腦應用得恰到好處，發展其具有的特性。
今年會議的主席是William Douglas Gropp，在致詞時也特別說明了高速計算的發展以及應用的趨勢，希望透過會議的舉行，凝聚全球的科學研究能量，應用於各領域的發展。
在高速計算領域需要解決與面對的問題，可以從今年的專題演講(Keynote Speak)Genevieve Bell所介紹的幾個面向來看，包括了Design, Logic, Control, Lies, Data, Control, Query, Knowledge等多個不同的角度，來探討高速計算在發展過程，需要解決的問題，以及這些問題背後所隱藏的意義，對於想要瞭解高速計算領域的人而言，可以更快的掌握當下最為急迫的關鍵問題為到，在研究過程可以利用已有的解決方案，縮短解決問題的時間，對於科學計算的發展，可以獲得正面的效益。
對於龐大的運算主機而言，如何掌握這些運算主機以及各個主要元件的運作狀況，屬於運算資源管理過程最要必要的，目前管理的方式除了傳統的資訊收集方式之外，視覺化的呈現介面對應到當下的運算資源，甚至是雲端運算資源的管理，都是相當重要的一件事，能夠讓系統管理人員一目瞭然當下系統的運算狀況，也可以直覺的掌握每一個執行程序、每一位使用者，以至於對於系統資源的使用情況，包括了CPU, GPU等運算資源的使用，記憶體、磁碟等儲存空間的使用情況等，這些對於高速運算主機或是設備而言，都是相當重要的，必須跳脫傳統管理系統的方式，系統管理人員對於本身的技術能量也需要跟上時代發展的腳步。
繪圖處理器(GPU)改變了傳統採用中央處理器(CPU)的運算方式，因應圖形處理以及多執行程序的需求，配合GPU可以加快傳統採用CPU運算的方式達數十倍以上，甚至可能達到百倍以上，因此對於大尺度問題的解決，在時間的節省上是最直接能夠反應採用GPU計算的價值所在，今年仍像往年一樣，許多採用GPU運算架構的硬體隨時可見，而且在架構的設計上更為緊密，甚至在一台機器內，可以使用到八張以上的GPU卡，以進行平行的運算，來縮短解出答案的時間。
日本的京電腦(K Computer)從有它之後，就一直是每年SC會議的重點，許多與會人員都想要一探其中的奧秘，當然我也不例外，在聽完相關的介紹以及深入的討論之後，對於K Computer在整個發展的過程，跟我們最大的不同，在於設計的理念，從最底層的精神就不一樣了，K Computer在設計之前，花了許多的時間進行科學應用的調查，經過嚴謹的需求分析之後，然後才有了K Computer的設計，當然其中有許多計畫彼此可能有些衝突，而無法完全的滿足所有的需求，這也是優先順序以及重要性的評估，也藉由這樣的評估程序，可以讓整個系統的設計，在規劃時就能夠確定可以符合未來在應用上的需求，其中亦有許多開創性以及前瞻性的應用，是以往可能沒有的，但是因為這樣的精神，在完成建置後，不怕找不到用戶，但反觀國內在規劃相關的設計時，都是以傳統的應用服務為主，怕失去原本的客戶而受限了，對於新的應用領域可能未經過完整的分析，當然建置後只有原本的用戶會轉移到新的主機上，對於其它的應用就無法符合對方的需求了，而國內的許多大專院校彼此競爭資源，爭相的建置計算主機，以突顯在位者的功績，而這些對於科學研究的發展，實在是沒有幫忙。
雲端的時代，當然在會場可以找到訴求雲端運算的設備，目前許多的雲端設備，包括了網路、運算主機、儲存設備以及監控管理系統，都能夠收容在一個機櫃以內，除了提供高速的計算環境之外，也提供了高達100Gbps的網路界面，可以極快速的與外界進行資料的交換，在雲端服務化的時代，在硬體技術的發展上，對於大多數的應用而言，都能夠滿足相關的需求。
今年SC會場的連外網路，仍然由SCinet負責，除了提供會場內的網路連線之外，在頻寬的擴增上，今年已達到了會場以100Gbps對外的連線頻寬，實際的網路流量也達到了近90Gbps，並且透過即時的網管平台，能夠有效的掌到各個攤位對於網路的使用情況，今年比較特殊的是，在會場也建置了帳號與密碼的監控平台，只是所使用的通訊協定是未加密的，或是不安全的，都可能遭到密碼的揭露。
高密度與集中化的設計方式，可以讓我們在輕簿短小的空間中，塞入更多且更大量的運算資源，所採用的高熱再透過節能、水冷或是熱傳導的方式，將設備所產生的熱量排出，以降低設備本身在運作時的溫度，以提供設備本身的穩定性。
目前是講求高頻寬以及巨量資料的時代，在高速計算的環境中，除了提供高速的運算能力之外，在資料的傳輸上為了提高效率，節省時間，也發展出單張網卡就具備多埠的網路界面，採用光纖網路進行資料的傳輸，將效能發揮到最高。
高速的計算伴隨而來的就是設備所產生的高熱，因此每年都可以看到一些針對降溫或是增加熱交換的解決方案，為了快速的將熱氣排出以解決溫度的問題，將設備能夠維持在穩定的溫度，避免影響運算的效能或是造成設備的當機。
小兵立大功，可用來形容以Raspberry Pi所造成的運算系統，雖然每一台的Raspberry Pi的運算能力不高，甚至談不上運算的能力或是速度，不過如果將多台的Raspberry Pi串連起來，成為一套平行運算的機器，因為建置成本相當低，因此對於一些基礎的科學運算而言，也許可以是相當好的應用環境。
每年的SC都有它的主軸，也都各具有自己的特色，從1988年到今年，已舉辦了相當多屆，因為工作的關係，個人參加了2004年、2012年以及2013年的會議，而個人所服務的中心，今年是第15年參加這個會議的展出，也是台灣唯一參加的高速計算中心，每年的展場以及議程，都與當下最新的科學研究發展趨勢有關，除了瞭解了資訊科技的進步之外，對於科學的研究，也能夠瞭解最新的突破，以及運用高速計算來解決的問題。
相關網站：
