英特尔MIC助力中科院过程所多尺度超级计算

记者从日前在广州召开的全国高性能计算学术年会(CCF HPC China 2014)上获悉，中科院过程所利用Intel MIC(集成众核)处理器成功升级了其Mole-8.5多尺度超级计算系统并在分子动力学模拟和虚拟过程等方面获得了可喜成果。

据该所葛蔚研究员在大会报告上透露，Mole系列超级计算系统是基于该所在多尺度模拟领域的长期积累，按照模拟对象、模型、软件和硬件结构一致性的思路研发的面向多尺度过程模拟的高效能低成本超级计算系统。自2008年初首套系统投入运行以来已在化工、冶金、能源、矿产等领域的基础研究和技术开发中发挥了重要作用，已服务于超过10家世界500强企业。其中2010年初建立的Mole-8.5系统曾位居当年Top500第19位和Green500第8位，是当时最绿色的千万亿次级超级计算系统。

Mole-8.5系统具有独特的三层体系结构，其顶层的少量CPU节点主要负责模拟初态的分布，模拟中的负载平衡以及通信调度等任务，中层的CPU-GPU耦合节点负责较复杂的连续介质和离散模拟及并行可视化，而底层的GPU节点负责最大量的简单而高度并行的离散化模拟。尽管这种结构较传统的CPU并行计算已体现了显著的优势，但据介绍，这与他们从逻辑上抽象的“MIMD (多指令多数据)多核-MIMD众核-SIMD(单指令多数据)众核”的理想三层结构还有一定差距，同时这种节点间的三层结构在集成度上已有待提高。

英特尔的Knight Corner (KNC)系列MIC处理器出现后，他们很快发现这是MIMD众核的一个初步选择并通过测试证实。2013年初，基于CPU-MIC-GPU节点内耦合的紧密三层结构系统研制成功并申请了专利，年中基于该结构的首个应用成果的论文即被国际刊物接受。目前他们在MIC上对分子动力学和离散颗粒模拟等中层计算已能达到约30%的峰值效率，典型情况下较SIMD众核方式的效率提高了50%左右，有时甚至达到一倍以上。葛蔚研究员在报告中强调，这是在同一个程序的同一次运行中同时采用了三种处理器的耦合计算中获得的。三种处理器各取所长、各司其职，不仅同种处理器之间的计算是并行的，不同种处理器之间的计算也是并行的，是真正的多尺度并行。

目前他们正利用这一升级系统进行虚拟过程的探索，即要实现过程工程领域的虚拟现实。这对模拟的精度，速度和效率都提出了很高的要求。目前他们已实现了对一些中试规模装置中冷态过程的二维准实时模拟，可以交互地控制系统的运行状态并同步显示高分辨率的动态模拟结果，并有望借助这种多尺度并行的软硬件模式实现工业规模系统的准实时模拟。据介绍，已有多家大型企业对此表示了浓厚的兴趣。

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