Cell“越界”
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原本为了游戏主机而开发的cell芯片，今天居然进入了高性能计算领域，这着实让人大吃一惊。Cell为何可以“越界”？Cell拓展到其他领域能成功吗？近日，基于Cell芯片的IBM BladeCenter QS20刀片服务器首次在中国国家网格(CNGrid)中得到了应用。
Cell芯片最初是由IBM、索尼和东芝共同为游戏主机而研制的。但是最近它很不“安分”，近一年来它跳出游戏主机的心脏，积极拓展到医疗图像、高性能计算等领域。而在中国，Cell芯片的应用才刚刚开始。去年10月，中国科学院计算机网络信息中心和IBM启动了为CNGrid提供基于Cell的刀片服务器计算节点的项目，并鼓励开发各种能够充分利用其独特性能的应用。今年4月，国内第一台基于Cell的刀片服务器系统IBM BladeCenter QS20投入运行。目前，中国科学院各院所、多所大学以及一些国内科研和商业机构可以通过CNGrid使用这一位于北京的中国科学院超级计算中心的系统。Cell在中国的首次应用非常顺利。
何以“越界”
从游戏主机到科学甚至商业计算，Cell芯片何以跨越差别如此巨大的应用领域？IBM下一代计算系统和技术杰出工程师Robert Guernsey博士解释说，IBM BladeCenter QS20是一种基于Cell的刀片系统，专为Cell高性能计算力以及图形密集型应用而设计。尤其是Cell突破性的多内核架构和超高速技术能力采用了通常用于IBM最尖端服务器上的并行处理技术，大大提高了实时响应速度，有效地提供了类似超级计算机的性能。因此，医疗图像、金融模拟、多类型建模、航天计算、数字动画和网络通信等领域都是Cell非常适合的拓展方向。
就CNGrid的初步应用来看，BladeCenter QS20将地震应用的计算速度提高了60倍。也就是说，地震预报专家可以在短短几分钟内得到以往需要数小时才能得到的计算结果。国家863计划高效能计算机及网格服务环境重大项目总体组组长钱德沛教授透露，目前，Cell多核并行处理技术的能力和性能已经在地震预报、分子动力学仿真以及MPEG2代码转换机等应用中有了体现。
中国国家网格运营中心主任迟学斌教授表示，地震预测和分子动力学仿真都是计算密集型应用，而且分子动力学仿真还是存储高速访问型应用。从目前CNGrid的应用效果来看，Cell可以适应于这两种应用。可见，当初为游戏而生的Cell现在在科学计算和超级计算领域也开始发挥作用。
困难仍然不小
但是，作为一款专用设备，Cell的体系架构和传统处理器不同，因此在编程方面会有很多新问题。也就是说Cell能否成功“越界”应用，不仅取决于它本身的体系特征，还要有丰富的软件使它可以真正应用。在本次CNGrid的首次应用中，CNGrid和IBM就联合组建了测试团队，通过进行一系列优化软件和Cell的硬件潜力开发来实现Cell的高性能计算应用。钱德沛坦言，Cell现在的应用还很少，其应用移植或应用开发还面临很多问题。
据悉，编译器、并行处理环境等在程序设计上都需要大量工作，尤其是对于一些大型程序所需要的时间较长。在Cell应用于CNGrid不到半年的时间里，已经移植了一些IBM演示程序，并且，双方共同开发了地震预测和分子动力学仿真应用。
IBM中国技术学院院长John J. Turek博士认为，IBM的Cell技术梦想就是将多核芯片不断推进。为了加快Cell应用，IBM将在软件上开发更多通用工具。此外，应用开发商也可以用C++等传统编译语言来编写程序，再编译成Cell可以识别的指令。IBM还为推动Cell的应用在全球举办了一年一度的Cell芯片编程大赛。
据悉，IBM在全球也正在开展多方面的Cell深度合作研究。不过，从网格角度来看，Cell和CNGrid的合作是全球唯一的。在过去的5年中，CNGrid一直由863计划提供支持。与其他国家的网格基础架构一样，CNGrid是一个对各种新信息技术基础架构进行试验并支持各类应用的测试平台。最近它启动了一项名为高生产力计算机和网格服务环境的863重点项目，其主要目标是开发高生产力计算系统以及先进的网格技术。
混合系统是大势所趋
既然Cell的“越界”应用才刚刚开始，软件开发需要大量工作，为何CNGrid还会与IBM合作来第一个吃螃蟹？
“这是CNGrid必然的选择。”钱德沛表示，“因为混合系统是未来的发展趋势。”如何理解这一趋势呢？以CNGrid目前的计算机设备为例，虽然它一直采用不同的平台，比如Intel、Sun和IBM Power，但基本上都是传统的同构系统。而混合系统是未来的方向。这是因为，提高计算机性能不再只有提高主频这一种立竿见影的方法，还有另外两种方式：第一种方式是在芯片中采用多业务并行来处理数据密集型业务，第二种要靠加速器专门发展面向特定问题的硬件。两方面的混合协作，共同处理业务，将使混合系统逐渐普及。由此可见，与Cell的合作一方面可以促进Cell的应用，另一个方面对CNGrid来讲，也需要在这样一个变革时期快速掌握混合系统的技术。
Guernsey也表示，计算机正在发生革命性的改变，硬件的变革包括加速器如何在硬件中扮演关键角色，软件的变革则在于如何让混合系统能够更好地进行应用协作。此外，他还透露了Cell的技术路线图。在今年年底，BladeCenter机箱中将可以放置14个刀片。由于每个刀片仍有两个Cell芯片，因此，同样大小的空间可以有28个Cell芯片，而且内存容量也将扩至两倍，同时I/O也有很大提升。
链 接:Cell芯片一览
Cell芯片凭借专为计算密集和宽带富媒体应用而优化的最新技术，让日常生活享受超级计算。它采用突破性的架构设计；它并非为某个操作系统定制；它是一种多内核芯片；它采用专用电路技术。
Cell是一种多内核架构：包含8个SPU，每个SPU包含128个128位输入寄存器文件和256KB的本地存贮区；包含1个带有VMX的64位Power架构，该内核采用双线程SMT设计，将系统内存当作是一个10路统一线程机器；具有2.5MB的片内内存(512KB L2和8×256KB)；采用模块化架构，通过增加或减少SPU数量，可以调整其浮点运算能力。
Cell是一种宽带架构：兼容64位Power架构；其SPU采用SIMD指令和本地存贮区的RISC架构；每个芯片可以处理内存的128个并行任务。
Cell是一种安全的架构：其SPU可以动态配置成安全芯片，以实现灵活的安全编程。
Cell是各种新技术的汇集：支持传统和实时应用的虚拟化技术；具有自主电源管理功能；有实时用户交互的资源管理能力。