巨兽的细胞，超级计算机为何使用平板处理器核心？

日前有消息称，Intel将在代号为“Knights Landing”的下一代Xeon Phi协处理器中配备多达60个核心，而Intel最新公布的资料显示，Knights Landing的核心数量最多是72个！Xeon Phi是用来搭配Xeon、面向高性能计算领域的专用协处理器，目前这种架构已经在很多超级计算机中得到应用。

Intel透露说，Knights Landing的核心架构是Silvermont，是的，你没看错。这个Silvermont就是平板机和迷你机上的Bay Trail处理器的核心，虽然这种核心规模不大，本身性能不是很强悍，但是通过多达72个核心288个线程，以及针对高性能计算的各种优化，双精度浮点性能可以超过3TFlops，堪称怪兽。

为什么我们平板，手机上用的Bay Trail处理器核心会成为超级计算机的核心呢？

一、超级计算机之路

其实，计算机最早的需求就是从超级计算机开始的，无论是实际上第一台机械计算机（英国巴贝奇爵士设计，未最终完成），还是第一台电子计算机eniac，都是做科学计算用的。

计算机发展到PC反而是苹果公司和Wintel联盟出现以后的事情，发展到今天的智能手机则是上个世纪90年代以后了。

计算机性能的扩展有两条道路，一条的不断改进制造工艺，提升芯片设计水平，把单个芯片设计的很强悍，提升性能。还有一条道路是尽可能用比较多的机器并行，用多机机器一起运算来提升性能。

自从计算机出现以来，就一直沿着这两条道路在前进。在这个发展过程中，以深蓝1997年战胜国际象棋大师卡斯帕罗夫为标志，代表了人类智能被机器超越。

二、从高大上到平民化

早期，超级计算机都是昂贵的高级货，处理器是专门设计的，芯片组是配套的，甚至每根连接线都是定制的。这个成本极高。

而随着PC和网络的发展，人们发现追求强大的计算能力可以不那么昂贵。于是，人们开始尝试用大批量生产的PC或者工作站来攒超级计算机。

若干台PC或者工作站通过网络连接起来，把任务分给这些机器并行，然后返回，计算能力丝毫不弱于昂贵的专用超级计算机，于是传统的超级计算机开始没落。

这个时代出现了很多平民化的超级计算机，譬如用浩鑫HTPC准系统凑起来的超级计算机，把一个学校的MAC电脑凑起来的超级计算机等等，这些看似玩具的东西居然一度占据了TOP500超级计算机排行榜，甚至谷歌自己用的服务器也是用这种办法攒出来的。

而在这个过程中，人们发现，限制超级计算机能力居然是功耗，人们不能堆积太多的数量是因为功率和发热限制，性能功耗比甚至比性能本身更重要。

于是，IBM开发出蓝色基因，不追求单个核心的高性能，而是降低功耗，攒更多的数量来提升性能。但是因为单独开发这种处理器在批量和成本上无法与通用的PC处理器相比，并没有流行开。

三、Cell和GPU引发的变革

索尼为了提升PS3游戏机的性能，联合IBM搞了Cell处理器，这是异构计算的开始。因为在计算任务中，有些任务是简单的，不需要复杂的逻辑处理，只需要足够的计算单元暴力计算，这样处理器就可以设计成两部分，一个简单的运算核心，几个强大的简单计算单元，这就是Cell的思路。

因为这种计算编程难度太高，所以Cell用在游戏机上并不成功，但是这个思路可以拿到电脑上，这就是我们熟悉GPU通用计算。

因为3D的需求，显卡有强大的计算能力，这种能力只用于3D游戏浪费了，于是在Cell之后就有了GPU的通用计算，CPU处理复杂任务，GPU处理暴力计算，nVIDIA甚至搞出来CUDA专门解决这个问题，而且在GPU的设计上就为通用计算做了优化。

单台计算机异构化，获得强大的计算能力，那么就可以把这些单台计算机联网，组成计算能力强大的异构超级计算机。

于是中国在2009年搞出来天河一号超级计算机，就是CPU和GPU异构组成的超级计算机，一度排名世界第一。百度搞人工智能的计算机也是这种异构的超级计算机。

四、Intel的反击

如果以后超级计算机全部异构化，那么CPU提供的计算能力只占一小部分，这无疑代表了nVIDIA和AMD要抢Intel的饭碗，Intel当然不能坐以待毙。

于是Intel开始自己做异构用的芯片，这就是Larrabee计划，其实GPU本来就是一个个小的计算核心，然后组合起来。而Intel手里是有小核心的，这就是当年的奔腾一代处理器核心P54C。

Intel把这款20年的老核心集成起来做成众核，做成协处理器，可以做3D显卡，也可以做超级计算机的协处理器。这个项目初期失败了。但是，Intel在这个基础上发展出来了“众核架构”(MIC)的Xeon Phi协处理器。并且获得了天河2号（目前世界第一超级计算机）的选用，Intel扳回一城。

五、Knights Landing的升级

协处理器的能力取决于小核心的计算能力，P54C这个20年前的核心弱爆了。而Silvermont作为Intel反击移动市场的利器，性能功耗比非常出色，于是，Intel把这个小核心攒起来做成众核的Xeon Phi，这就是Knights Landing。

Knights Landing的72个核心将每两个核心构成一个模块(Tile)，然后再通过Mesh网格网络连接在一起，共享36MB缓存，还有816GB HBM高带宽显存充当三级缓存。

在内存规格上，Knights Landing支持六通道的DDR4-2400，最大容量384GB。在扩展方面则集成36条PCI-E 3.0通道，可以在一台主机上插数块，提升几倍运算能力。据了解，中国的下一代超级计算机很有可能用上。

所以，低功耗的移动处理器变身超级计算机核心，实际是技术不断探索发展经过几代进步的结果，随着Intel未来移动桌面合一的计划，超级计算机会更加强大，我们的生活也会随之改变。