HPC存储份额和全球超算进展（附报告）
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· 2021-03-08
从存储和网络细分市场来看，存储是HPC最具吸引力，也是历史上增长最快的高性能计算系统部件（CAGR 8.4%），存储占HPC支出的20%左右；每花1美元在计算上，大约就要花0.4美元在存储上。
Hyperion Research发布更新HPC市场总结和未来预测报告，前期内容参考“2020年HPC市场总结和预测报告（附下载）”，报告下载链接：2020年HPC市场总结和预测报告
Dell EMC、IBM、HPE/Cray和DDN位列HPC存储市场前四，排名第一的Dell EMC份额占26.3%，同时也是学术科研和工业领域份额领先者；HPE/Cray排名第三，但在政府行业排名第一。
Hyperion Research把存储厂商系统集成商、系统提供商、独立存储提供商、云厂商和客户自己提供等类型，大部分存储厂商都是系统提供商（占73.1%）,如Dell EMC，IBM和HPE等；前四名中只有DDN是独立存储提供商（存储份额占10.3%）。
从HPC并行文件分析数据看（三年数据），NFS市场占有率最高，但在逐年迅速下滑，Lustre、Spectrum Scale/GPFS和HDFS迅速增长，Lustre市场占有率最高。GFS、Ceph和PanFS市场占有率比较低，Hyperion Research把他们放到Other中统计。
Lustre在学术研究和政府研究中应用最多，工业制造主要采用NFS。在存储介质方面，SSD将成为主流选择；2019年从调研的站点部署来看，45%的存储容量采用SSD介质；86%的站点部署了闪存存储，其中15%的站点部署全闪存，71%混合部署，14%全HDD部署。
在网络互连方面，Infiniband依然是主流选择，但以太网也在迅速增长；从数据看，Infiniband和以太网将是HPC网络未来2大选择；FC、Local Bus等互联技术不断萎缩。
未来HPC网络互连除了提供高带宽外，对基于GPU或其他硬件加速的AI等应用性能优化，数据线下云上流动和边缘计算需求提出更高要求和挑战。
超算系统的布局也是全球行为，美国在3大超算系统（Aurora、Frontier和EI Capitan）近两年投入预算均超过18亿美元。
Aurora:英特尔推迟推出7纳米的Ponte Vecchio GPU，计划在Aurora与英特尔Xeon CUP集成，算力>1EF。
Intel disclosed delay of 7nm Ponte Vecchio GPU, planned to be
integrated with Intel Xeon CPUs in Aurora
•>1 EF
•Compute Node (est. total 2,400 total Aurora nodes)
2 Intel Xeon scalable “Sapphire Rapids” processors; 10nm+, 8 channel
DDR5 memory, up to 48 cores (<200W)
6 Xe arch based GPUs; Unified Memory Architecture; 8 fabric endpoints
Xe arch based “Ponte Vecchio” GPU; Tile based chiplets , HBM stack,7nm production node
•CPU GPU Interconnect: CPU GPU: PCIe; GPU GPU: Xe Link
•System Interconnect: Cray Slingshot, Dragonfly topology with adaptive routing
•Network Switch: 25.6 Tb/s per switch, from 64 200 Gbs ports (25 GB/s per director)
Focus on Frontier (CORAL-2)：美国第一个Exascale System （由于Aurora延期），第二代AI系统；
•>1.5 EF
•Compute node:
1 HPC and AI Optimized AMD EPYC CPU
4 Purpose Built AMD Radeon Instinct GPU
•CPU GPU Interconnect; AMD Infinity Fabric
Coherent memory across the node
•System Interconnect: Cray Slingshot, Multiple (Dragonfly) Slingshot NICs providing 100 GB/s network bandwidth
•Cray Shasta Architecture
•Liquid cooled with 300 kilowatts of power density per cabinet
•Total power = 40 MW (~125 racks)
El Capitan (CORAL-2)：
•Compute Node:
One next generation AMD EPYC processor, codenamed Genoa featuring the Zen 4 processor core
Four next generation Radeon Instinct GPUs based on a new compute-optimized architecture for workloads including HPC and AI
•CPU-GPU Interconnect: 3rd Gen AMD Infinity Architecture, including the 3rd Gen AMD Infinity Architecture, unified memory across the CPU and GPU
•System Interconnect: Cray Slingshot, Multiple (Dragonfly) Slingshot NICs providing 100 GB/s network bandwidth
•Cray Shasta Architecture
•Liquid cooled and have an energy budget between 30-to-40 mega watts
日本Fugaku超算系统在2020年6月TOP500榜单中位居榜首。基于Fujitsu A64 ARMv8.2处理器，无GPU加速，Linpack (HPL) 测试基准达 415.5 petaflops。
•High Performance Linpack (HPL) result of 415.5 petaflops
•Uses Fujitsu A64 ARMv8.2-A processor
48/52 compute cores with GPU-like vector extensions
4x 8 GB HBM with 1024 GB/s, on-die Tofu-D network BW (~400 Gbps)
High SVE FLOP/s (3.072 TFLOP/s)
•No GPUs
•158,976 single socket nodes
•Tofu-D bandwidth 10X total global CSP traffic
•Peak DP > 400PFs, Peak SP> 800Pf, Peak HP > 1600 Flops
•Typically 37X faster that predecessor K system on target co-design applications
•Red Hat Enterprise Linux 8 (but Windows as well)
中国三个超算原型机（NUDT、Sugon和Sunway）在开发中，其中一个或多个原型可能被选择为充分生产。
欧洲EuroHPC项目于2018年启动，欧盟32个参与国开发欧盟范围内高性能计算系统，选择芬兰卡贾尼，西班牙巴塞罗那和意大利博洛尼亚，投资6.5亿欧元实施150,200Pflops系统，投资1.8亿欧元建设中规模HPC系统（~4Pflops）
此外，在2022-2023将从采购3个大型系统，至少有一个采用欧盟技术（特别是使用EPI处理器）；大约在2027年部署首个混合高性能计算/量子基础设施（Post Exascale System）。
由于篇幅所限，本文分享至此（待分享内容如加黑粗体）。
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