从内存入手降低HPC能耗

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当内存的密度继续遵循摩尔定律增长的时候，对内存的需求就超过了内存芯片密度的增长，促使高性能计算机中集成越来越多的内存模块。

中科院计算所所长李国杰院士曾表示，高性能计算机（HPC）是真正的先进生产力。如果没有高性能计算机，我们也许就无法探知生命科学中未知的基因世界; 如果没有高性能计算机，冀东南堡油田10亿吨原油也许就要推迟几年才能发现; 如果没有高性能计算机，北京奥运会的气象服务就无法实现滚动实时预报。

随着计算技术的发展，高性能计算机正在深入到日常生活的方方面面。但是与此同时，对高性能计算机性能的狂热追求却带来了能耗问题，这已经让企业有些不堪重负。据了解，一个10亿次的超级计算中心的电费每年将近400万元。高性能带来的高能耗已经不单单是一个企业的运营成本问题，更是关系到全球环境的环保问题。根据保护国际（CI）提供的数据，用电所折合的二氧化碳排放量（kg）等于耗电度数乘以0.785。400万元的用电量意味着每年向大气中排放大约5500吨的二氧化碳，相当于1500人全年的二氧化碳排放量。

对于超级计算中心的能耗，很多人会把目光集中在CPU。的确，不但CPU自身耗电量大，而且由于产生大量热量又迫使冷却系统消耗大量电能。但这也是高性能计算机的特性所决定的，高性能计算机所承担的计算任务往往都是超出常规的海量计算，这就促使计算机中的CPU经常处在满负荷的工作状态中。虽然芯片厂商通过设计和制造工艺大大降低了各自产品的能耗，但是特殊的工作性质仍然造成高性能计算机的CPU成为能耗大户。澜起科技董事长杨崇和表示，“降低性能自然可以降低能耗，但是它就失去了高性能计算机的应有优势。”

随着高性能计算机系统复杂程度的增加，应用程序需要比以往更多的内存。特别是多核芯片和刀片服务器等都需要更多的内存。上海超级计算中心的计算节点含有512个四路处理器，内存容量已经高达4256GB。业内专家认为，当内存的密度继续遵循摩尔定律增长的时候，对内存的需求就超过了内存芯片密度的增长，促使高性能计算机中集成越来越多的内存模块。

近一段时间以来，随着技术的发展，比普通DIMM内存运行更快、容量更高的FB-DIMM内存应用越来越流行。但是由于自身的特殊结构，FB-DIMM架构中的高级内存缓冲器芯片（AMB）带来了惊人的耗电量。

作为FB-DIMM架构的核心，AMB承担着负责接收和处理来自内存控制器的数据的重任，同时它又是FB-DIMM中耗电量最大的器件。一般情况下，AMB芯片本身就要消耗5瓦的电量，包含模块本身，每条内存就要消耗6～7瓦左右的电能。以一个四核CPU服务器为例，如果插满32条内存，就将近耗电220瓦。这与CPU的耗电量已经不相上下，甚至超过了CPU的能耗。耗电量的增加，不但带来运行成本的增加，而且会直接因为设备温度的增加造成器件寿命的缩短，使计算机的可靠性降低。

据了解，目前利用130纳米CMOS技术，已经可以将AMB功耗控制在两瓦左右。这也就意味着，从内存下手将成为降低hpc能耗的重要手段。（汤铭）