英特尔如何利用Ice Lake书写高性能计算的飞跃神话

根据Hyperion Research预测，在2020年3月COVID－19大流行基本上让世界停下脚步之前，全球高性能计算服务器市场预计将从2019年的137亿美元增长到2020年的145亿美元。从那以后，情况当然发生了变化，Hyperion在2020年11月的最新预测中称，2020年全球HPC服务器收入将达到119亿美元，比之前的预测下降了17．9％，主要原因是大流行导致全球业务萎缩。

然而随着疫情逐步得到控制，全球经济逐渐回暖，高性能计算市场的增长也将逐步攀升。Hyperion Research判断增长主要来自两个原因：全球为了对抗COVID－19对HPC的新需求（药物研发领域）；来自云端的HPC市场需求比原来预计的增长更加迅速。

作为全球最早有效控制住疫情的国家，中国也是2020年全球主要经济体中唯一GDP正增长的国家。随着国内高新技术企业在研发人员和资金上的投入不断增长，不难看出国内的高性能计算市场增长速度预计将高于全球平均水平。

另一方面，从半导体行业来看，竞争的号角早已吹响。就在AMD发布霄龙Milan仅仅三周之后，英特尔Ice Lake的横空出世使得第三代至强得以与第三代霄龙进行巅峰对决。英特尔称，Ice Lake－SP平台每个处理器最多包含40个“Sunny Cove”核心，其中内置加速功能和新指令，可显著提高人工智能、高性能计算、网络和云工作负载的性能。

除了把核心数从上一代Cascade Lake的28个增加到40个以外，Ice Lake还提供每插槽8个DDR4－3200内存通道，每个插槽最多64个第四代PCIe通道，而上一代产品只提供6个DDR4－2933通道、每个插槽最多支持48个第三代PCI通道。

英特尔透露，凭借这些增强功能以及用于计算加速的 AVX－512 和用于人工智能加速的深度学习加速，Ice Lake 与上一代相比使数据中心负载性能平均提高了46％，高性能计算的平均性能则提高了 53％。在早期进行的内部基准测试＊中，英特尔Ice Lake处理器在运行主要高性能计算、人工智能和云应用时的性能也超过了近期发布的代号为Milan的AMD第三代霄龙处理器。

在接受采访时，英特尔副总裁兼高性能计算部总经理Trish Damkroger强调了英特尔针对Sunny Cove核心以及高性能计算平台所做的改进。她说：“对于内存受限的工作负载来说，拥有8个内存通道十分关键，再加上40个核心和AVX－512指令，Ice Lake可以在计算密集型工作负载下提供出色的性能。” Damkroger进一步强调了英特尔Speed Select Technology（SST），该技术能够精细控制处理器频率、核心数和功耗。在Ice Lake中，它能够让核心数和功率的动态调整变得更加灵活。

Damkroger指出，（第三代英特尔至强可扩展处理器Ice Lake）在蒙特卡罗算法模拟上的速度比上一代提高了70％，与竞争对手产品（即AMD的7纳米Milan CPU）相比高出50％，这要归功于Ice Lake的L1和L2缓存尺寸，八个速度更快的内存通道以及AVX－512指令。

Intersect360 Research首席研究官Dan Olds表示：“英特尔相对于AMD的定位肯定比以前更好。在今天发布之前，选择AMD几乎是板上钉钉，而现在，这种情况不复存在。从英特尔对比前一代产品的基准测试来看，WRF高出近60％，蒙特卡洛算法高出70％，Linpack高出38％，HPCG高出41％——HPCG是稳定性测试，对于客户而言意义重大。”

下图展示了在双插槽配置下，顶级Ice Lake处理器（40核）与顶级AMD霄龙Milan处理器（64核）在高性能计算、云计算和人工智能性能上的比较。根据英特尔的测试，Ice Lake在运行Linpack时的性能比Milan高18％，在运行NAMD时高27％，在运行蒙特卡洛算法时高50％。

自从2017年AMD携霄龙重新打入数据中心领域以来，英特尔仍牢牢把持着约90％的服务器市场份额。Hyperion Research高级顾问Steve Conway告诉HPCwire：“毋庸置疑，英特尔x86能够轻松主导全球高性能计算市场上的处理器类型。”这家市场调查公司的研究表明，英特尔x86可能会在其预测期内一直保持主导地位。

Supermicro公司负责现场应用工程的高级副总裁Vik Malyala告诉HPCwire，他们的客户渴望充分利用Ice Lake中的第四代PCIe和更高的核心密度。他说：“对于我们的客户来说，长期以来一直针对英特尔架构对许多工作负载进行优化。这就是为什么我们的许多客户愿意等待，而不是转而采用其他产品。”

在近日举行的预沟通会上，英特尔透露，去年第四季度开始的Ice Lake产能攀升进展顺利。公司在2021年第一季度已经出货了超过20万颗，在所有细分市场都得到了广泛采用，50个OEM和ODM合作伙伴已经推出了250多个相关设计，并且已经公布了20多个高性能计算客户。迄今为止已经收到相关产品的高性能计算客户包括德国的LRZ和Max Planck、意大利的Cineca、韩国气象局、以及日本的国家高级产业科学技术研究院（AIST）、东京大学和大阪大学。