2023年HPC五大趋势
【ANDY】2023年是一个奇点之年，AI、量子计算、CXL等，计算+数据+AI的螺旋加速运动，很快将带来多个领域的新范式：数据中心、安全、人与AI…… 这无疑是激动人心的开端！
Source: Philip C. Roth, Five Trends Shaping HPC in 2023, March 6, 2023
当前，HPC市场进入快速增长、变化和演进的格局。整体市场已飙升至348亿美元，并将持续扩张。从新冠疫情的后遗症和不断增长的跨学科工作到不断增加的技术进步，我们已经进入了HPC的新范式。事实上，IEEE计算机协会（CS）最近预测，“用于开发和部署下一代计算组件，系统和平台的新软件[将]能够以节能和值得信赖的方式过渡到具有强大边缘和远边缘容量的计算连续体，”以及其他技术进步。
但这对2023年的HPC市场意味着什么？简而言之，这些转变已经让位于五个关键趋势，这些趋势将引发关键技术的研究、开发和商业化：
1.百万兆次级（1 exaFLOPS，10的18次方）计算
们确实已进入百万兆次级阶段。事实上，HyperionResearch预测，到2027年，全球公认的百万兆次级系统的价值将达到100亿美元。
“我们现在正处于从科学的影响中受益的风口浪尖，在多个不同的地方使用这种处理量，”我的同事Bill Kramer指出，他是伊利诺伊大学Blue Waters主任，国家超级计算应用中心（NCSA）和SC22会议副主席。“我们将看到保真度大幅提高（例如网格分辨率提高，粒子数量增加，代理行为更复杂的代理行为）和/或扩展时间步长带来的显著改进，因为有更多的计算能力可以解决这些问题以及更复杂的算法和数据流。
2.具有人工智能和机器学习的高性能计算
一段时间以来，社区一直在通过将人工智能（AI）和机器学习（ML）整合到HPC模型中来突破界限。我们看到这些集成在某些环境中更为普遍，这已经让位于技术探索的新机会。
“我们看到硬件的技术进步。你有科技公司构建更强大的GPU，以及构建专用AI计算硬件的公司，我们正在寻找使用它的新方法，“劳伦斯利弗莫尔（Lawrence Livermore）国家实验室经理兼计算机科学家兼SC23财务主席Jamie Van Randwyk分享道。“随着技术的进步，人们开发了新软件并接受了分析，现在硬件技术和软件可以更有效地集成，并且可以在合理的时间内运行。它带来了很大的潜力。”
3.量子计算
这已经有很长一段时间了，但随着量子计算从理论概念到HPC应用的发展，我们开始意识到真正的发展。我们正处于量子时代的开端。
展望未来五年，我期待围绕我们如何将量子设备整合到更传统的计算环境中进行大量工作；编写具有传统部分的程序，但随后调用量子资源作为一种加速器；然后利用传统科学工作流程中的信息。
4.便携式性能和生产力
为了提高效率和可扩展性，人们越来越重视这些领域。如果我为一台机器开发科学软件，我希望能够将相同的实现带到另一台机器上，并从中获得良好的性能和准确性，而无需在移植它时做很多工作。
当我们考虑向系统添加更多非传统计算设备（如神经形态处理器和量子组件）时，性能可移植性将是一个重要方面。您希望应用程序开发人员（他们可能不是程序员，而是物理学家或化学家）专注于他们的科学，并且仍然能够在他们可用的任何系统上运行他们的软件，具有良好的性能和科学上等效的结果。
5.跨学科合作
以便携式性能和生产力为重点，跨学科协作继续攀升是有道理的。新冠疫情只是加速了已经渗透了相当长一段时间的趋势。正如橡树岭（Oak Ridge）国家实验室国家计算科学中心主任Gina Tourassi在SC22上总结的那样，采取这种专注的合作方法所产生的结果远远超出了最初的预期结果。她指出了能源部与领导计算设施之间的工作及其与国家癌症研究所的战略伙伴关系：
“这些合作伙伴关系的意外后果是，我们一直在开发和部署的模型，完全针对癌症临床数据量身定制的人工智能模型，在新冠疫情期间立即得到了转化，利用这些具有完全不同的数据集的人工智能模型，加速寻找有希望的治疗靶点的搜索过程，”Tourassi说道。“所以，这些是伙伴关系、合作和思想异花授粉的一些令人兴奋的事情；我们经常从脑海中开始，它可以更多。”
2023年有望带来HPC的进一步发展，研究使百万兆次级技术民主化；实现量子探索；引入人工智能和机器学习算法，用于新的分析形式；调查便携式性能和生产力；并强调跨学科合作。行业合作伙伴将继续通过开发解决方案来支持HPC，这些解决方案能够实现创意的演变及其在新环境中的应用。
然而，这些发展只是HPC在2023年真正潜力的表面。我知道当我说这是计算机科学和工程领域的一个激动人心的时刻时，我代表了我们所有人。随着一年的过去，我毫不怀疑我们将看到许多里程碑的实现，我期待着我们的社区推动这些转变，并对我们将在2023年面临的机遇感到敬畏。