嶄新英特爾XPU 鎖定HPC與AI

新聞焦點
· 最新第3代Intel® Xeon®可擴充處理器將為下一世代的超級電腦和高效能運算系統注入動力。
· 下一世代Intel Xeon可擴充處理器（代號Sapphire Rapids）將整合高頻寬記憶體（HBM）。
· 英特爾採用Xe-HPC為基礎的Ponte Vecchio GPU已過電開機，目前正進行系統驗證（validation）階段，並將導入OAM外型規格與子系統。
· 英特爾發表採用乙太網路的High Performance Networking（HPN），將英特爾乙太網路產品延伸至高效能運算應用。
· 英特爾引薦DAOS（distributed asynchronous object storage）的商業化支援。


2021年國際超級電腦大會（International Supercomputing Conference、ISC）上，英特爾透過一系列的技術發表、合作夥伴與客戶採用案例，展示公司如何延伸其高效能運算（high performance computing、HPC）的領先地位。英特爾處理器是全球超級電腦之中最為廣泛部署的運算架構，推動全球醫藥發展和各種科學突破。英特爾不僅展示用於HPC和AI的Xeon處理器之進階優勢，亦連帶揭示適用於一系列HPC使用情境的記憶體、軟體、京級（exascale class）儲存和網路技術的創新。

高效能運算領先地位更上層樓
今年四月，英特爾發表第3代Intel® Xeon®可擴充處理器，藉此擴大在HPC的領先地位。最新款處理器於生命科學、金融服務與製造等一系列HPC工作負載之中，相較前一世代處理器最高可提供53％的效能增加。

相較於定位最接近的x86競爭者產品，第3代Intel® Xeon®可擴充處理器於多種常見的HPC工作負載均可提供更好的效能。例如Xeon可擴充8358處理器與AMD EPYC 7543處理器相互比較時，NAMD表現提升62％、LAMMPS表現提升57％、RELION表現提升68％、二項式選擇權表現提升37％。更棒的是，蒙地卡羅模擬表現達2倍有餘，讓金融公司能夠用一半的時間達到定價結果。Xeon可擴充8380處理器相較於AMD EPYC 7763處理器，於20項關鍵AI工作負載測試提升50％的效能表現。HPC實驗室、超級電腦中心、大學以及OEMs，選擇採用英特爾最新一代運算平台打造HPC解決方案，這其中包含Dell Technologies、HPE、韓國氣象廳、Lenovo、Max Planck Computing and Data Facility、Oracle、大阪大學以及東京大學。

下一世代Intel Xeon可擴充處理器整合高頻寬記憶體
包含建模與模擬（如計算流體力學、氣候與天氣預報、量子色動力學）、人工智慧（如深度學習訓練和推論、分析（如大數據分析）、記憶體資料庫、儲存以及其它對人類科學突破注入動力的工作負載。下一代Intel Xeon可擴充處理器（代號Sapphire Rapids）將提供整合高頻寬記憶體（HBM），能夠顯著提升處理器的可用記憶體頻寬，大幅度提升對記憶體頻寬敏感的HPC應用的效能，使用者能夠單純使用高頻寬記憶體處理負載工作，亦可結合DDR5。


整合HBM的Sapphire Rapids處理器，早期成功案例包括位於阿崗國家研究所的美國能源部Aurora超級電腦，以及位於洛色拉莫士國家實驗室的Crossroads超級電腦。

「若要達成京級運算規模，需要高速存取並處理巨量的資料。將高頻寬記憶體整合進入Intel Xeon可擴充處理器，能夠顯著強化Aurora超級電腦的記憶體頻寬，並讓我們能夠利用人工智慧與資料分析的優勢，執行更先進的模擬與3D建模。」－Rick Stevens，阿崗國家研究所環境與生命科學運算實驗室副主任。

洛色拉莫士國家實驗室武器物理實驗室副主任Charlie Nakhleh表示：「出於科學與國家安全目的，Crossroads超級電腦被設計用來推動複雜物理系統的研究。英特爾下一世代Xeon處理器Sapphire Rapids加上高頻寬記憶體，將大幅度提升我們Crossroads系統內部記憶體密集工作負載的效能。這款（指整合HBM的Sapphire Rapids）產品加速最為大量的複雜物理與工程運算，讓我們能夠在全球安全、能源技術和經濟競爭力方面，達成主要的研發責任。」

Sapphire Rapids平台將為加速HPC提供獨特的功能，包含PCI Express 5.0提升I/O頻寬（相較於PCI Express 4.0），以及Compute Express Link（CXL）1.1支援性，開啟橫跨運算、網路、儲存的進階使用情境。

除了記憶體和I/O進一步升級之外，Sapphire Rapids新增內建Intel® AMX（Advanced Matrix Extensions）的AI加速引擎，為HPC與人工智慧工作負載最佳化。Intel AMX專為大幅度提升深度學習推論和訓練所設計。多個客戶已經決定使用Sapphire Rapids，包含CINECA、Leibniz Supercomputing Centre（LRZ）和阿崗國家研究所，以及洛色拉莫士國家實驗室的Crossroads系統團隊和桑迪亞國家實驗室。

Intel Xe-HPC GPU（Ponte Vecchio）過電開機
今年稍早，英特爾採用Xe-HPC為基礎的GPU（代號Ponte Vecchio）已能夠成功開機，目前正處於系統驗證過程。Ponte Vecchio是一款以Xe架構為基礎的GPU，為HPC和AI工作負載最佳化。它將利用英特爾的Foveros 3D封裝技術優勢，整合多個IP至單一封裝，包含HBM以及其它智慧財產。這款GPU由運算、記憶體以及內部互連所打造，滿足如Aurora等全球最先進超級電腦不斷變化的需求。


Ponte Vecchio將提供OCP Accelerator Module（OAM）外型規格或是子系統，為HPC應用提供所需的scale-up和scale-out功能。

英特爾乙太網路功能延伸至HPC
英特爾同步發表其新款採用乙太網路的High Performance Networking（HPN）解決方案，透過使用標準的Intel Ethernet 800系列網路卡與控制器、基於Intel® Tofino™ P4可程式化乙太網路交換器ASIC的交換器，以及Intel® Ethernet Fabric suite軟體，將乙太網路技術功能延伸至HPC領域的較小型叢集之中。HPN能夠以更低的成本提供等同於InfiniBand的應用效能，並享受乙太網路的易用性。

英特爾商業化DAOS
英特爾正為DAOS（distributed asynchronous object storage）導入商業化支援。這是一款開放原始碼軟體定義物件儲存，旨在橫跨英特爾HPC架構的資料交換作業最佳化。DAOS基礎建立於Intel® Exascale儲存堆疊之上，日前由阿崗國家研究所發表，已獲得英特爾的客戶如LRZ和JINR（Joint Institute for Nuclear Research）所採用。

DAOS即日起以L3支援產品的方式提供給合作夥伴，讓合作夥伴能夠透過與其服務相結合的方式，提供一個完整的統包儲存解決方案。除了英特爾所擁有的資料中心構件以外，這款新商業模式的先期合作夥伴包含HPE、Lenovo、Supermicro、Brightskies、Croit、Nettrix、Quanta和RSC Group。

台灣英特爾發言人鄭智成