AI 與科學(xué)計(jì)算工作負(fù)載的不斷融合從新的維度帶來(lái)性能挑戰(zhàn)。除了要滿(mǎn)足生命科學(xué)、材料科學(xué)、制造、仿真/建模以及金融等領(lǐng)域?qū)茖W(xué)計(jì)算工作負(fù)載的既有和不斷增長(zhǎng)的需求外，企業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施還需滿(mǎn)足企業(yè)級(jí)推理和訓(xùn)練對(duì)系統(tǒng)資源的需求，從而提供良好的最終用戶(hù)體驗(yàn)。據(jù)此估計(jì)，全球科學(xué)計(jì)算市場(chǎng)將以 7.7% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率 （CAGR） 增長(zhǎng)1，到 2026 年將達(dá)到 592 億美元1。

第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器單核性能更高、核數(shù)更多、I/O 和內(nèi)存子系統(tǒng)更ssss強(qiáng)，并且配備了一系列內(nèi)置硬件加速器，從而能為科學(xué)計(jì)算工作負(fù)載帶來(lái)諸多助益。

實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算系統(tǒng)的平衡

第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器為科學(xué)計(jì)算工作負(fù)載帶來(lái)性能突破，助力縮短實(shí)現(xiàn)價(jià)值的時(shí)間。該平臺(tái)采用全新架構(gòu)，單核性能更高，每路配備多達(dá) 60 個(gè)內(nèi)核，系統(tǒng)支持 2 路、4 路和 8 路配置。這相當(dāng)于單核密度最高可達(dá) 120 個(gè)線(xiàn)程，比上一代產(chǎn)品增加了 50%。

為了與內(nèi)核數(shù)增加這種情況相匹配，該平臺(tái)在內(nèi)存和 I/O 子系統(tǒng)方面也做了相應(yīng)改進(jìn)。DDR5 內(nèi)存提供的帶寬和速度最高可達(dá) DDR4 的 1.5 倍，傳輸速率達(dá)到 4800 MT/s。此外，該平臺(tái)每路有 80 條 PCIe Gen 5 通道，與之前的平臺(tái)相比，I/O 得到顯著提升。該平臺(tái)還提供 CXL （Compute Express Link 1.1） 連接，支持高網(wǎng)絡(luò)帶寬并使附加加速器能夠高效運(yùn)行。

第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器可為各類(lèi)快速增長(zhǎng)的工作負(fù)載提供性能加速。它內(nèi)置多種針對(duì)特定應(yīng)用的加速器，使 AI、數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和科學(xué)計(jì)算等領(lǐng)域工作負(fù)載的性能得到提升，其中包括：

期權(quán)定價(jià)

解決決策時(shí)間短、應(yīng)用非常復(fù)雜且要求各不相同，以及隨著 AI 應(yīng)用愈發(fā)普及，市場(chǎng)需求不斷變化等問(wèn)題。

生命科學(xué)應(yīng)用

通過(guò)完善模型和執(zhí)行大規(guī)模計(jì)算來(lái)提高仿真精確度，使科研和發(fā)現(xiàn)更快速高效。

計(jì)算機(jī)輔助工程

推進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助工程應(yīng)用快速獲得結(jié)果，助力降低成本、改善產(chǎn)品的安全和設(shè)計(jì)，并加速上市。

第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器基于內(nèi)置硬件加速器 （包括面向科學(xué)計(jì)算的加速器，即英特爾 科學(xué)計(jì)算引擎） 引入一種實(shí)現(xiàn)高性能的新范式。

性能證明：高達(dá) 1.56 倍 （幾何平均數(shù)），為 28 個(gè)常見(jiàn)科學(xué)計(jì)算工作負(fù)載帶來(lái)的性能提升 （與上一代產(chǎn)品相比）2，3

英特爾 科學(xué)計(jì)算引擎

?

性能證明：高達(dá) 1.68 倍 （幾何平均數(shù)），LAMMPS 工作負(fù)載性能提升 （與上一代產(chǎn)品相比）2，3

基于內(nèi)置加速器的先進(jìn)功能

隨著工作負(fù)載復(fù)雜性及其對(duì)計(jì)算資源的需求的提高，可以從 CPU 內(nèi)核卸載某些功能，將那些執(zhí)行資源留給業(yè)務(wù)關(guān)鍵型任務(wù)。這些功能包括 AI、安全以及常見(jiàn)的存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)功能。

直接內(nèi)置于第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器芯片的硬件加速器能夠加速平臺(tái)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸和處理。由于它們內(nèi)置于處理器中，與獨(dú)立解決方案或內(nèi)核上運(yùn)行的基于軟件的解決方案相比，不會(huì)產(chǎn)生訪(fǎng)問(wèn) PCIe 總線(xiàn)的時(shí)延，相應(yīng)地，就節(jié)省了能耗。利用這些內(nèi)置加速器的用例可以實(shí)現(xiàn)更好的性能并節(jié)省資本支出 （CapEx） 和運(yùn)營(yíng)支出 （OpEx）。

性能

專(zhuān)用的加速器大幅提升目標(biāo)工作負(fù)載的吞吐量。

設(shè)備成本

由于加速器內(nèi)置于第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器中，因此無(wú)需另外的設(shè)備投資。

運(yùn)營(yíng)成本

由于內(nèi)置加速器減少了在機(jī)架中增加內(nèi)核的需求，因此可以節(jié)省大量能源。

英特爾 高級(jí)矩陣擴(kuò)展 （英特爾 AMX）：

加速深度學(xué)習(xí)

事實(shí)證明，機(jī)器學(xué)習(xí)可以卓有成效地進(jìn)行科學(xué)計(jì)算工作負(fù)載調(diào)優(yōu)，實(shí)現(xiàn)效率與效能的提升。英特爾 高級(jí)矩陣擴(kuò)展 （Intel Advanced Matrix Extensions，英特爾 AMX） 是一種內(nèi)置的硬件加速器，可以通過(guò)加速深度學(xué)習(xí)算法的核心 —— 張量處理，顯著提高推理和訓(xùn)練性能。該技術(shù)包括 TILE 和 TMUL （平鋪矩陣乘法） 兩部分，前者由一組可擴(kuò)展的 2D 寄存器組成，每核最多 8 個(gè) TILE，可存儲(chǔ)比上一代產(chǎn)品更大的數(shù)據(jù)塊；后者是一組矩陣乘法指令，是 TILE 上的首批算子。英特爾 AMX 使深度學(xué)習(xí)軟件能夠在給定時(shí)間段內(nèi)完成更多推理，或者更快地部署解決方案，從而加速實(shí)現(xiàn)價(jià)值。

英特爾 高級(jí)矢量擴(kuò)展 512 （英特爾 AVX-512）

最新 x86 矢量指令集

經(jīng)過(guò)多代技術(shù)發(fā)展，精度逐漸提升的矢量化技術(shù)有助于在更大的數(shù)據(jù)集上更快完成計(jì)算。英特爾 高級(jí)矢量擴(kuò)展 512 （Intel Advanced Vector Extensions 512，英特爾 AVX-512） 作為最新 x86 矢量指令集，構(gòu)建于前幾代技術(shù)的矢量處理能力基礎(chǔ)上，可加速完成數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載。借助兩個(gè) 512 位融合乘加 （FMA） 單元，科學(xué)計(jì)算應(yīng)用在 512 位矢量?jī)?nèi)的每個(gè)時(shí)鐘周期可打包 32 次雙精度和 64 次單精度浮點(diǎn)運(yùn)算，以及八個(gè) 64 位和十六個(gè) 32 位整數(shù)，以滿(mǎn)足苛刻的計(jì)算工作負(fù)載需求，推動(dòng)商業(yè)智能。與英特爾 高級(jí)矢量擴(kuò)展 2 （Intel Advanced Vector Extensions 2，英特爾 AVX2） 相比，英特爾 AVX-512 使數(shù)據(jù)寄存器的寬度和數(shù)量以及融合乘加單元的寬度都增加了一倍。

英特爾 數(shù)據(jù)流加速器 （英特爾 DSA）：

優(yōu)化流數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換操作對(duì)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載 （例如科學(xué)計(jì)算中的數(shù)據(jù)分析） 的性能來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。英特爾 數(shù)據(jù)流加速器 （Intel Data Streaming Accelerator，英特爾 DSA） 能夠卸載大規(guī)模部署中會(huì)產(chǎn)生開(kāi)銷(xiāo)的常見(jiàn)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，藉此提升這些功能的性能。通過(guò)承擔(dān)包括校驗(yàn)、內(nèi)存比較和檢查點(diǎn)在內(nèi)幾乎所有的數(shù)據(jù)傳輸操作，英特爾 DSA 可以使 CPU 內(nèi)核資源避免在數(shù)據(jù)移入移出內(nèi)存、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)方面產(chǎn)生開(kāi)銷(xiāo)。英特爾 DSA 優(yōu)化了跨 CPU、內(nèi)存和緩存以及各種附加內(nèi)存、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的流數(shù)據(jù)傳輸。

英特爾 數(shù)據(jù)保護(hù)與壓縮加速技術(shù) （英特爾 QAT）：

提升加密和壓縮速度

減少加密和數(shù)據(jù)壓縮相關(guān)開(kāi)銷(xiāo)對(duì)于提升集群整體性能發(fā)揮著重要作用。英特爾 數(shù)據(jù)保護(hù)與壓縮加速技術(shù) （Intel QuickAssist Technology，英特爾 QAT） 作為硬件加速器內(nèi)置于第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器中，可實(shí)現(xiàn)更快的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)加解密、更高效的數(shù)據(jù)壓縮。與前幾代技術(shù)相比，這一技術(shù)的最新版本在加解密算法、安全哈希、公鑰加密和壓縮/解壓縮方面的表現(xiàn)更出色。它通過(guò)從處理器內(nèi)核卸載這些任務(wù)，釋放出內(nèi)核資源用于處理其他工作，因此提升了總吞吐量。英特爾 QAT 有助于實(shí)現(xiàn)零信任安全策略，在各種基礎(chǔ)設(shè)施中對(duì)各個(gè)階段 （靜態(tài)下、傳輸中、使用中） 的數(shù)據(jù)實(shí)施保護(hù)，而無(wú)損關(guān)鍵工作負(fù)載的性能。

開(kāi)發(fā)人員賦能和支持

英特爾 oneAPI 工具套件是英特爾長(zhǎng)期堅(jiān)守對(duì)科學(xué)計(jì)算軟件生態(tài)系統(tǒng)的承諾并不斷演進(jìn)的產(chǎn)物，它提供編譯器、庫(kù)和性能工具，能夠簡(jiǎn)化面向英特爾 架構(gòu)優(yōu)化的高質(zhì)量軟件的開(kāi)發(fā)路徑。這些工具套件為那些想要利用第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器內(nèi)置加速器的開(kāi)發(fā)人員提供了捷徑，以及基于標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)堆棧。開(kāi)發(fā)人員可以利用英特爾 oneAPI 工具套件生成代碼，全面提高各英特爾 架構(gòu) （包括內(nèi)置加速器的 CPU、GPU 和 FPGA） 的性能。

由開(kāi)源工具、API 和驅(qū)動(dòng)程序等組成的大型開(kāi)放式生態(tài)系統(tǒng)為基于 oneAPI 的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)代碼開(kāi)發(fā)提供了便利。這種靈活性有助于企業(yè)和機(jī)構(gòu)降低將新服務(wù)和解決方案推向市場(chǎng)的復(fù)雜性、成本和時(shí)間要求，簡(jiǎn)化了新架構(gòu)的落地，并使工程師和程序員能夠?qū)⒕Ψ旁趧?chuàng)新而不是維護(hù)代碼上。

利用既有實(shí)現(xiàn)方案輕松集成

與英特爾合作，企業(yè)可以利用他們已經(jīng)熟悉和正在使用的大規(guī)模合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)縮短部署時(shí)間。全球各地的硬件和軟件供應(yīng)商以及解決方案集成商都在使用英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器構(gòu)建其產(chǎn)品，并通過(guò)數(shù)以千計(jì)來(lái)自真實(shí)場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)案例提供更多選擇和更好的互操作性。

高達(dá) 1.61 倍 （幾何平均數(shù)）：第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器與上一代產(chǎn)品相比

高達(dá) 2.01 倍 （幾何平均數(shù)）：英特爾 至強(qiáng) CPU MAX 系列與雙路第三代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器相比

為滿(mǎn)足各種科學(xué)計(jì)算用例而設(shè)計(jì)

憑借高性能、DDR5 帶來(lái)的更高內(nèi)存帶寬，以及 PCIe Gen 5 和 CXL 1.1 實(shí)現(xiàn)的先進(jìn) I/O，第四代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器可為一系列實(shí)際用例加速。借助英特爾先進(jìn)的軟件庫(kù)和編譯器，開(kāi)發(fā)人員能夠更快速地構(gòu)建代碼，開(kāi)發(fā)性能更佳且開(kāi)箱即用的科學(xué)計(jì)算應(yīng)用。借助強(qiáng)大的英特爾 AVX-512 技術(shù)和每?jī)?nèi)核 2 個(gè) FMA 單元，代碼和模型可滿(mǎn)足嚴(yán)苛的計(jì)算工作負(fù)載要求。利用英特爾 MPI 庫(kù)，工作負(fù)載能夠在多個(gè)科學(xué)計(jì)算集群中進(jìn)行擴(kuò)展。此外，您還可配置英特爾 傲騰 持久內(nèi)存，在更大的內(nèi)存中支持大型計(jì)算任務(wù)。

利用支持科學(xué)計(jì)算工作負(fù)載的英特爾 技術(shù)實(shí)現(xiàn)更多可能

提升帶寬

與僅采用 DDR5 的平臺(tái)相比，全新英特爾 至強(qiáng) CPU Max 系列通過(guò)消除建模、AI、科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析等內(nèi)存敏感型工作負(fù)載的瓶頸，將性能提升高達(dá) 4 倍。這是英特爾首款將高帶寬內(nèi)存和加速器整合到處理器封裝中的 x86 CPU，其中 HBM2e 內(nèi)存容量最高可達(dá) 64 GB。它減少了對(duì) DDR 的依賴(lài)，可支持最新軟件工具并且具有出色的代碼復(fù)用性，因此降低了 TCO。

擴(kuò)大影響

旗艦產(chǎn)品英特爾 數(shù)據(jù)中心 GPU Max 系列采用英特爾先進(jìn)的 IP 和封裝技術(shù)，旨在加速 AI、科學(xué)計(jì)算和高級(jí)分析工作負(fù)載，滿(mǎn)足 E 級(jí)時(shí)代的要求。該系列基于英特爾 Xe HPC 架構(gòu)，GPU 中配備有高帶寬緩存。在 oneAPI 開(kāi)放生態(tài)系統(tǒng)的支持下，GPU 展現(xiàn)了出色的靈活，既可處理 SIMT （Single Instruction Multiple Threads，單指令多線(xiàn)程），也可處理 SIMD （Single Instruction Multiple Data，單指令多數(shù)據(jù)），它的封裝內(nèi)集成了多項(xiàng) IP 創(chuàng)新技術(shù)，包括高帶寬內(nèi)存。

微秒級(jí)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)

DAOS （分布式異步對(duì)象存儲(chǔ)） 是一種開(kāi)源的軟件定義橫向擴(kuò)展對(duì)象存儲(chǔ)系統(tǒng)，可以在單一存儲(chǔ)層中經(jīng)濟(jì)高效地為科學(xué)計(jì)算和 AI 應(yīng)用提供高帶寬、低時(shí)延和高 IOPS 的存儲(chǔ)容器。DAOS 原生支持結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集，同時(shí)還擺脫了傳統(tǒng)分布式存儲(chǔ)的局限性?！　?/p>