In der beschleunigten Geschäftswelt von heute ist die Grundlage für eine erfolgreiche Einführung von HPC-Technik eine klar definierte HPC-Architektur. Je nachdem, welche Aufgaben und Computing-Ziele in Ihrem Unternehmen vorherrschen, stehen Ihnen unterschiedliche HPC-Systemdesigns und zugehörige Ressourcen zur Verfügung, um Produktivitätszuwächse und skalierbare Leistung zu erzielen.
Kernprinzipien für das Design einer modernen HPC-Architektur
Eine HPC-Architektur nimmt entsprechend Ihren Anforderungen unterschiedlichste Formen an. Organisationen können für das Design von HPC-Systemen verschiedene Möglichkeiten wählen.
Parallel Computing in heterogenen Architekturen
Heterogene Computing-Umgebungen ermöglichen es HPC-Clustern, große Workloads zu verarbeiten und sie in separate Rechenaufgaben zu unterteilen, die parallel ausgeführt werden.
Diese Systeme können für die Scale-up- oder Scale-out-Strategie ausgelegt sein. Bei Scale-up-Designs werden Aufgaben innerhalb eines einzelnen Systems so unterteilt, dass einzelne Kerne die Teilaufgaben ausführen und somit den Server optimal auslasten können. Im Gegensatz dazu wird bei Scale-out-Designs dieselbe Aufgabe in einzeln verwaltbare Teile zerlegt und auf mehrere Server oder Rechner verteilt, sodass sie parallel abgearbeitet werden können.
Da intensive Workloads, wie etwa Simulationen, Modellierungen und fortgeschrittene Analyse, immer häufiger an der Tagesordnung sind, werden HPC-Systeme so ausgelegt, dass zusätzlich zu CPUs Beschleuniger integriert werden können. Diese Beschleuniger führen zu einem breiteren, heterogenen Spektrum möglicher Konfigurationen, die Entwickler unterstützen müssen.
Entwickler können die architekturübergreifende oneAPI-Programmierung verwenden, um eine einzige Codebasis zu erstellen, die effizient auf CPUs, GPUs und anderen Beschleunigern ausgeführt wird, was eine produktivere und leistungsfähigere Entwicklung ermöglicht. oneAPI beschleunigt die HPC-Innovation, indem Beschränkungen proprietärer Programmiermodelle aufgehoben werden, was die Einführung neuer Hardware erleichtert und die Codewartung reduziert. Intel® oneAPI-Toolkits unterstützen bestehende offene Branchenstandards und Sprachen, auf die HPC-Entwickler vertrauen, einschließlich C++, SYCL, Fortran, OpenMP, MPI und Python. Darüber hinaus arbeitet Intel mit Branchenstandard-Frameworks wie PyTorch*, um Entwicklern nahtlose Funktionalität für die Kombination von KI und HPC zu bieten, was mehr Leistung und Innovation ermöglicht. Lernen Sie oneAPI und Intel® oneAPI-Toolkits kennen.
Bereitstellung von HPC in Cloud-Umgebungen
In der Vergangenheit waren HPC-Systeme auf die Kapazität und Architektur beschränkt, die von der On-Premises-Infrastruktur unterstützt werden konnte. Heute erweitert die Cloud lokale Kapazitäten um zusätzliche Ressourcen.
Cloud-Computing bietet enorme Rechenleistung, die je nach Bedarf skaliert werden kann. Sie können HPC-Workloads in der Public Cloud ausführen lassen oder die On-Premises-Infrastruktur mit einer Public Cloud kombinieren, um verfügbare Ressourcen zu erweitern.
Mit einem Hybrid-Cloud-Konzept, das die lokale Infrastruktur mit Public-Cloud-Diensten kombiniert, können Workloads nahtlos auf alle verfügbaren Ressourcen verteilt werden. Diese Flexibilität bietet Unternehmen die Möglichkeit, zu skalieren sowie die Gesamtbetriebskosten (TCO) abzustimmen und zu optimieren.
Für neue Anwendungen und Workloads bietet die Public Cloud auch Services für Unternehmen ohne bestehende hausinterne Infrastruktur.
Ob es nun darum geht, die lokale Recheninfrastruktur zu verbessern oder die Cloud umfassend zu nutzen, HPC-Workloads wie komplexe Simulationen oder Deep Learning können von der engen Zusammenarbeit von Intel mit Cloud-Service-Anbietern profitieren.
Um HPC-Innovationen in der Cloud voranzutreiben, arbeitet Intel eng mit Anbietern von Cloud-Diensten zusammen, um die Leistung zu maximieren. Intel verwendet Technologie wie Intel® Trust Domain Extensions (TDX) für Confidential Computing und Intel® Advanced Matrix Extensions (AMX) für Deep-Learning-Beschleunigung, um Cloud Services zu verbessern und das Onboarding zu vereinfachen. Erfahren Sie mehr über unsere HPC-Cloud-Technologien und darüber, wie mit ihnen bessere Ergebnisse erzielt werden können.
Auswahl von HPC-Prozessoren für hohe Skalierbarkeit und Leistung
Mit seinem breit gefächerten Know-how, was HPC-Technologie anbelangt, bietet Intel die Leistung, um selbst die anspruchsvollsten Aufgaben von morgen zu bewältigen. Die skalierbare Intel® Xeon® Prozessorreihe stellt eine äußerst vielseitige Plattform bereit, die sich nahtlos skalieren lässt, um die unterschiedlichen Leistungsanforderungen kritischer HPC-Aufgaben zu unterstützen. Um diese Workloads weiter zu beschleunigen, basiert unsere kommende Rechenzentrum-GPU mit dem Codenamen Crescent Island auf der Xe3P-Architektur, die für luftgekühlte Server energie- und kostenoptimiert ist und große Arbeitsspeicherkapazität und Bandbreite bietet. Sie unterstützt eine ganze Reihe von Datentypen, einschließlich FP64, und ermöglicht Flexibilität für KI- und High-Performance-Computing-Workloads. Während Intel Xeon Prozessoren die Grundlage für Computing bleiben, bietet Crescent Island zusätzlich GPU-Beschleunigung für KI- und HPC-Workloads.
Innovationen bei Arbeitsspeicher-Subsystemen für die HPC-Architektur
Arbeitsspeicher ist ein wesentlicher Bestandteil des HPC-Systemdesigns. Der für die kurzzeitige Speicherung von Daten verantwortliche Arbeitsspeicher kann ein limitierender Faktor für die Workload-Performance sein. Intel® Xeon® Prozessoren der Produktreihe 6900 helfen dabei, solche Engpässe im Rechenzentrum zu überwinden, indem sie Lücken in der Datenspeicher- und Arbeitsspeicherhierarchie schließen, damit die Recheneinheiten stets mit Daten versorgt bleiben.
Skalieren der Leistung mit einer HPC-Fabric
Intel High-Performance-Netzwerktechnik (HPN) – unterstützt von der umfassenden Intel Ethernet-Produktlinie, einschließlich der neuesten Controller und Netzwerkadapter der 800er-Reihe – nutzt Beschleunigung auf Hardware-Ebene, präzise Zeitsteuerung und RoCE v2 (RDMA über Converged Ethernet), um hochgenaues Timing und Rechenzentrums-Übertragungsgeschwindigkeiten bis 200GbE zu erzielen und gleichzeitig den CPU-Overhead zu minimieren. Diese Netzwerke erzielen hochgradig vorhersehbare Reaktionszeiten von Anwendungen, extrem niedrige Latenz und optimierte CPU-Ressourcen, die für KI-Workloads, Hochfrequenzhandel und Virtualisierung im großen Maßstab erforderlich sind. Vorhandene gängige HPC- und KI-Middleware und -Frameworks, einschließlich oneAPI, können zusammen mit Intel® HPN über die OpenFabrics Interfaces (OFI, auch als libfabric bekannt) und die Intel® Ethernet Fabric Suite verwendet werden.
Optimierung der HPC-Architektur mit Hochleistungsprozessoren
Intel verfügt über das Fachwissen für ein tiefgreifendes Verständnis von HPC-Anwendungen und -Architekturen und weiß, was ein HPC-System – ob On-Premises, in der Cloud oder in einer hybriden Konfiguration – benötigt, um Benutzern zu optimierten Ergebnissen und zur Ausschöpfung ihres Potenzials zu verhelfen. Mit einer HPC-Architektur, die auf einem Fundament aus Intel® Technik basiert, sind Sie bereit, die HPC-, Exascale- und Zettascale-Anforderungen der Zukunft zu erfüllen.
Darüber hinaus stehen unsere oneAPI-Toolkits bereit, um Entwicklern zu helfen, ihre HPC-Programmierung zu vereinfachen, sodass sie mehr Hardware-Typen unterstützen und Geschäftsergebnisse maximieren können.