裸机云如何使高性能计算民主化

高性能计算 (HPC) 是当今科技界最常见的流行语之一。鉴于技术的力量和令人印象深刻的增长，这是有道理的。HPC 占计算机销售额的很大一部分，专家预测到2023 年 HPC 市场将达到 493 亿美元。HPC 是驱动 AI（人工智能）、深度学习、神经网络、预测分析、商业智能和许多其他创新技术的引擎。

然而，当今 HPC 最令人兴奋的是向民主化的转变。HPC 不再仅仅是最大、资金最雄厚的企业的领域。由于服务器技术和裸机云等服务的进步，现在即使是小型团队也可以访问它。

裸机云为小型和大型企业提供了访问使 HPC 成为可能所需的硬件的能力，以及优化性能所需的控制权。由于 HPC 的这种民主化，更多的创新将成为可能，世界上更多的“大问题”将得到解决。

民主化意味着您也可以在推动这一变革中发挥作用。通过使用 HPC 解决复杂问题和处理海量数据，您将获得宝贵的见解并获得新发现。这与您所处的特定垂直领域无关。绝大多数行业都可以从 HPC 的强大功能中受益，这就是理解该主题如此重要的原因。

掌握该主题的知识可以让您充分利用 HPC 并推动您的业务向前发展。在这篇文章中，我们将为您提供有关 HPC 的速成课程，解释裸机云如何补充 HPC 并使它无论您的团队规模如何都可以访问，以及您应该在 HPC 裸机云解决方案中寻找什么。

什么是高性能计算？

顾名思义，高性能计算涉及使用大量计算资源来解决高级问题。然而，这个定义足够宽泛，几乎是模棱两可的。当您考虑到技术日新月异并且随着服务器技术的进步，昨天的超级计算机最终变得不合格这一事实时，这是有道理的。出于这个原因，我们将避开 HPC 系统今天达到的计算基准，而是关注它们的主要特征。

由于 HPC 空间中的任务是资源密集型的，因此高性能计算通常由服务器集群（也称为节点）组成，这些服务器在给定的计算问题上协同工作。将 HPC 集群与您可能部署在 LAN 上的一组标准虚拟机或物理设备区分开来的是它们针对同一任务的共同关注点和配置。

HPC 中使用的硬件通常也比用于标准 Web 应用程序和较轻工作负载的商品服务器更强大。HPC 工作负载需要强大的计算能力，因此需要在Intel Xeon Phi等高端处理器上运行。HPC 服务器还经常利用GPU 加速器来进一步增强处理能力。

此外，HPC 集群节点中充足的高速 RAM 是处理大型数据库所必需的。在内存中处理数据比强制磁盘 I/O 快得多，并且在 HPC 计算任务中缺少 RAM 会导致严重的瓶颈。在为 HPC 节点评估 RAM 时，尽可能利用 DDR4 而不是 DDR3。

此外，高速网络和直连存储有助于进一步提高集群的整体速度并优化 HPC 性能。快速专用网络可提高节点之间的通信速度，而直接连接的 HDD、SSD 或 NVMe 存储可实现快速 I/O 操作。

除了构成 HPC 物理端的硬件之外，还有各种旨在让您充分利用 HPC 资源的软件。绝大多数 HPC 工作负载都在基于*nix的操作系统上运行，例如 CentOS、RHEL、FreeBSD、Scientific Linux 和 Ubuntu。HPC 领域中常见的其他软件包括 NoSQL 数据库（如Hadoop）、编排管理工具（如Apache Mesos）以及 HPC 开发模型（如Open MPI）。

HPC 用例

虽然高性能计算过去几乎完全属于科学、政府和学术界的领域，但范式已经发生变化，现在几乎所有部门都以某种形式使用 HPC。随着 AI、BI（商业智能）和大数据分析等技术成为常态，越来越多的企业正在利用这些技术来推动创新和发现。无论您身处哪个行业，都可能会利用 HPC 的计算能力挖掘出一些见解。以下是 HPC 在现代商业中的一些更有趣和有益的应用：

• 训练 AI - 迭代和学习是利用人工智能的核心。“训练”一个 AI 模型涉及为其提供大量数据以供其学习，无论是通过监督学习、非监督学习还是强化学习，并将其指向一个目标。HPC 为此提供了平台。
• 预测分析——大数据运动为我们提供了丰富的数据，可以将其提炼为可操作的业务洞察力。然而，非结构化数据存在一个巨大的问题，它阻碍了企业利用这些数据来获得对现实世界的洞察力。HPC 硬件与 NoSQL 数据库和分析软件相结合可以帮助您解决这个问题，并将大型数据集转化为可操作的预测和模型。
• 工程模型和模拟- HPC 在全球工程任务中发挥着重要作用。正如engineering.com所提到的，HPC 正在支持流体动力学、生成设计和架构等工作流。
• 金融模型——金融部门依赖于高度准确、基于逻辑的预测。例如，Monte Carlo Simulations可以为各种可能的结果建立非常详细的模型。HPC 使这种预测成为可能，其规模在以前是遥不可及的。

这些只是 HPC 潜在应用的几个示例。HPC 可用于天气预报、分子建模、碰撞模拟等。需要了解的重要一点是，对于我们这些无法现场维护超级计算机的人来说，这些好处不再是禁区。计算技术已经发展到 HPC 变得越来越民主化的地步。这意味着即使是 SMB 也可以从 HPC 中获得真正的底线业务收益。

裸机云对 HPC 的好处

虽然 HPC 的优势总体上是显而易见的，但裸机云到底适合什么地方呢？是什么让裸机云和 HPC 如此引人注目？这些问题的答案是双重的：

• 裸机没有底层虚拟化层，因此企业可以获得硬件级别的控制，帮助他们在云中最有效地运行专门的 HPC 工作负载。传统的云 IaaS 产品具有虚拟化开销并限制了用户的控制，从而限制了 HPC 应用程序的性能并增加了成本；当“高性能”成为游戏的名称时，这不是一个有吸引力的提议。
• 裸机云提供了灵活性和可扩展性，可实现 HPC 的民主化，并使各种规模的企业都能负担得起 HPC。这不仅意味着中小型企业可以从 HPC 中获益，还意味着大型组织可以更有效地利用 HPC 支出。

让我们首先深入探讨硬件级别控制对 HPC 性能的重要性。使用裸机，用户可以访问和控制所有服务器硬件。这使得“罐装”IaaS 解决方案根本无法适应的调整和定制成为可能：用户可以预先定制硬件组件并通过 IP KVM 远程控制服务器。对于运行网站的简单 LAMP 堆栈，这种控制级别没有意义。这就是您不将其视为“传统”IaaS 产品的一部分的原因。

然而，在 HPC 的世界中，定制和精细控制对结果产生了巨大的影响。市场是围绕解决世界上一些最复杂和最具挑战性的问题而建立的，因此没有虚拟化层的专用硬件通常成为必须。与虚拟化通用服务器相比，可定制的专用裸机服务器可帮助您在云支出上获得最大收益。当您尝试从大多数 IaaS 提供商提供的虚拟化通用实例桶中为您的 HPC 应用程序选择服务器时，裸机云可帮助您避免陷入“方钉、圆孔”的困境。

此外，访问裸机意味着您能够限制供应商锁定并更轻松地在不同的本地和云环境之间迁移。更重要的是，正如这篇网络世界文章中提到的，裸机云本地迁移可以在没有性能损失的情况下发生。Network World 文章中提到的另一个好处是“吵闹的邻居”问题的固有解决方案。使用多租户 IaaS 基础架构，企业的工作负载可能会受到运行在同一管理程序上的其他虚拟机的 CPU 消耗的影响。有了专用的裸机云服务器，这个问题就根本不存在了。您的计算资源就是您的计算资源。

从性能角度定义了裸机云在高性能计算方面的优势，让我们来看看裸机云如何帮助 HPC 民主化。裸机云的第一个也是可能最引人注目的好处是它能够从等式中消除资本支出，否则必须在本地启动 HPC 项目。除了采购计算、网络和存储硬件外，企业还必须投资于本地硬件的供电、冷却和维护。裸机云提供 HPC 硬件的所有优势，同时抽象出维护任务，否则这些任务会迫使企业将资源浪费在非核心业务功能上。此外，通过将支出转移到严格的运营支出，组织能够显着降低启动 HPC 项目的成本和时间。同样的好处还意味着企业可以投资于短期项目，否则这些项目在财务上是不可行的，并且可以高速启动或关闭 HPC 集群。

投资裸机云的另一个好处是能够避免遇到硬件老化导致项目减慢的问题。企业总是希望最大化其资本支出投资。然而，随着 HPC 世界的快速变化，这可能意味着您被迫在使用最新硬件完成工作或坚持预算之间做出选择。无论去年的投资是多少，裸机云都为用户提供了更大的灵活性和对现代技术的访问。能够按需调高或调低所需的 HPC 资源更加灵活且更具成本效益。

在基于云的 HPC 解决方案中寻找什么

现在我们知道裸机云如何补充 HPC。但是，有许多提供商在云中提供裸机。你怎么知道哪一个最适合你？我们将帮助您了解如何在此处回答该问题。虽然 HPC 世界中的每个用例都不同，但了解这些特定方面将使您能够确定对您的业务有意义的解决方案。

轻松快速地进行配置

云计算的一个核心优势是抽象出内部部署的复杂性，使您的员工能够专注于核心业务目标，而不是维护和基础设施任务。云的另一个经常被吹捧的好处是它的弹性和相对于本地解决方案的扩展能力。虽然在本地解决方案中向集群添加节点可能需要数周时间，但基于云的解决方案允许您在几分钟内启动新服务器。

正确使用裸机云应该会给您带来这两个好处。仅仅因为裸机提供了对基础架构的精细控制，并不意味着您无法获得云的可扩展性和运营优势。寻找使您能够将基础架构视为代码并通过 API 以编程方式启动服务器的解决方案。

坚固、高性能的硬件

硬件可以成就或破坏 HPC 解决方案。确保您的裸机云提供商提供的服务器规格能够满足您的工作负载需求，并且能够定制解决方案以满足您的需求。必须能够添加 GPU、RAM 或 SSD 等服务器组件，以根据您的工作负载定制您的基础设施。

按使用付费

将 CapEx 转移到 OpEx 是一项主要的云优势。支付超过你使用的费用实际上违背了进行这种转变的目的。除非有令人信服的商业理由，否则请避免将自己锁定在向您收取比实际使用的资源更多资源的计划中。

专用网络和大量带宽

用于节点通信的专用网络可提高 HPC 集群的性能和安全性。此外，您的网络带宽越高，网络在您的工作流程中造成瓶颈的可能性就越小。确保您的裸机云提供商提供充足的上行和下行带宽。毕竟，将数据泵入集群是使用 HPC 将其细化为可操作的东西的第一步。

安全

数据泄露可能会削弱业务。确保与您合作的任何供应商都认真对待安全问题。留意有关他们如何实施安全和认证或标准（例如 ISO/IEC 27000）的细节，以帮助确认对安全的高度重视。

支持

HPC 很复杂。在不同情况下，一些客户需要一些帮助来“调整”解决方案。在其他情况下，事情根本不会按计划进行，您需要能够相信您的提供商会优先考虑让事情适合您。在 HPC 领域，24/7 支持和对客户的重视是必须的。与愿意在售前、售中和售后为您提供帮助的供应商合作。寻找客户推荐（我们为自己感到自豪！）、评论和案例研究，以帮助量化您对给定供应商的期望。

结论：裸机云支持高性能计算的民主化

正如我们所见，HPC 正在改变企业的运营方式，而裸机云正在推动这种强大计算形式的民主化。通过为各种规模的组织提供企业级 HPC，裸机云正在引领市场范式转变。由于它使所有人都能获得 HPC 解锁的高级见解，裸机云将有助于推动各种市场的创新和生产力。