HPC應(yīng)用支持GPU計算的增長幾乎完全是由英偉達(NVIDIA)推動的，該公司在構(gòu)建一個健壯的軟件生態(tài)系統(tǒng)以支持其在硬件方面的投入。具體來說，通過開發(fā)了一套并行編程API、庫和相關(guān)的軟件開發(fā)工具CUDA(Compute Unified Device Architecture)支持GPU平臺的應(yīng)用程序開發(fā)，包括OpenCL開放的標(biāo)準(zhǔn)框架、各種處理器架構(gòu)加速和OpenACC(高級語言的標(biāo)準(zhǔn)編譯器指令)。NVIDIA還在全球建立了超過20個GPU中心，數(shù)百個學(xué)術(shù)機構(gòu)的GPU研究和教育中心的全球網(wǎng)絡(luò)，提高通用GPU編程軟件工具開發(fā)的速度，通過與ISV合作加速完善商業(yè)HPC應(yīng)用程序和開發(fā)庫。

隨著工智(AI)能的出現(xiàn)，許多組織都在投入深度學(xué)習(xí)技術(shù)，將人工智能的發(fā)展和技術(shù)帶到他們的產(chǎn)品、服務(wù)或運營中，然而這些算法通常依賴于GPU，AI已經(jīng)成為NVIDIA的主要增長引擎。

在HPC應(yīng)用支持GPU計算調(diào)查中，著名咨詢機構(gòu)Intersect360要求用戶列出他們的頂級HPC應(yīng)用程序(5個站點內(nèi))。然后用這些數(shù)據(jù)來統(tǒng)計最多常用的HPC應(yīng)用程序。在2017年第三季度收集的數(shù)據(jù)中，1792個統(tǒng)計程序中共有534個不同的應(yīng)用程序。

HPC本質(zhì)上是一個多元化的市場，應(yīng)用程序跨越多個領(lǐng)域。本報告將重點關(guān)注在HPC用戶站點普查中所報告的前50個應(yīng)用程序，按次數(shù)排序。為了將應(yīng)用列表限制在50(其中有2個統(tǒng)計并列49位)，從每個主要應(yīng)用場景中選擇了2個應(yīng)用程序。高性能計算(HPC)跨越了技術(shù)和業(yè)務(wù)領(lǐng)域等一系列應(yīng)用領(lǐng)域。在大多數(shù)領(lǐng)域中都存在GPU加速應(yīng)用程序，包括化學(xué)研究，流體動力學(xué)分析，結(jié)構(gòu)分析，環(huán)境建模，地球物理學(xué)，可視化/圖像處理和物理。

在HPC應(yīng)用支持GPU計算報告中，咨詢機構(gòu)Intersect360列出了50個最常用的高性能計算(HPC)應(yīng)用程序，識別出目前采用GPU加速的應(yīng)用程序。根據(jù)對最新HPC用戶站點普查數(shù)據(jù)和研究發(fā)現(xiàn)，HPC用戶用到的50個最流行的應(yīng)用程序中有34個提供GPU支持，另外2個應(yīng)用目前正在開發(fā)中。前15個應(yīng)用程序目前都通過某種形式實現(xiàn)對GPU支持。在HPC市場上，GPU計算已經(jīng)達到了一個臨界點，這將預(yù)示著HPC應(yīng)用程序采用GPU優(yōu)化將成為主流。

化學(xué)領(lǐng)域

化學(xué)是最常見的HPC應(yīng)用領(lǐng)域之一，有組織使用HPC系統(tǒng)了解化合物和過程，根據(jù)這種理解設(shè)計新的物質(zhì)為今后的研究和產(chǎn)品開發(fā)提供信息。包括計算化學(xué)，分子建模，和質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析。

前50名HPC應(yīng)用中有20個應(yīng)用于化學(xué)。這種HPC軟件受歡迎的原因是生物分子研究和開發(fā)新化合物的興趣所驅(qū)動的。如表2所示，GPU對頂級化學(xué)編碼的支持非常深入的，這在很大程度上要歸功于該應(yīng)用領(lǐng)域中，大量的開源代碼和活躍的開發(fā)者的貢獻。因此，20個化學(xué)應(yīng)用中有16個目前可以使用GPU加速，包括排在前15名的HPC應(yīng)用。

流體動力學(xué)分析

計算流體動力學(xué)(CFD)的解決方案目前異常廣泛的被應(yīng)用，如:飛機設(shè)計，內(nèi)燃機設(shè)計，建筑物氣流分析，心臟泵的設(shè)計，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)運輸?shù)慕＃鹊?。與結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域類似，這些應(yīng)用主要來自商業(yè)代碼捐獻，但最初的代碼來自NASA開發(fā)和開源的努力。在HPC中，作為前十大應(yīng)用程序的OpenFOAM的出現(xiàn)，預(yù)示著整個行業(yè)向開源代碼的方向發(fā)展。

如表3所示，這兩種最流行的CFD應(yīng)用，ANSYS Fluent和OpenFOAM使用GPU的支持。

結(jié)構(gòu)分析

結(jié)構(gòu)分析包括用于分析各種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序，包括顯式和隱式有限元分析(FEA)，是用于工程分析的重要計算工具。它主要是用來對結(jié)構(gòu)的負(fù)載和壓力進行分析，包括用于汽車的虛擬崩潰測試。

表4描述了前50個HPC應(yīng)用程序中的8個結(jié)構(gòu)化分析應(yīng)用。8個中有7個已經(jīng)支持GPU計算。

生物科學(xué)

生物科學(xué)應(yīng)用是用來揭示生命的本質(zhì)、并幫助設(shè)計醫(yī)學(xué)治療方案的學(xué)科。他們也用于了解和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。這部分包括基因組學(xué)等應(yīng)用，蛋白質(zhì)組學(xué)，藥物發(fā)現(xiàn)等等。由于基因組學(xué)的快速發(fā)展，帶動分析基因和細(xì)胞的生物信息學(xué)軟件快速發(fā)展， 使得基因組學(xué)驅(qū)動整個生命科學(xué)發(fā)展。

如表6所示，在生命科學(xué)領(lǐng)域，GPU計算應(yīng)用已經(jīng)落后于其他領(lǐng)域，然而，BLAST應(yīng)用有個GPU版本，被稱為GPU-BLAST，現(xiàn)在已在研究領(lǐng)域使用，還有一個GPU加速版本的Bowtie，作為NVIDIA實驗室項目在運作。

表7列出了剩余的前50個HPC應(yīng)用程序及其域。2個商業(yè)智能領(lǐng)域，2個天氣預(yù)報和環(huán)境建模領(lǐng)域，1個物理和1個模式識別領(lǐng)域。

天氣、環(huán)境建模

環(huán)境建模包括用于模擬天氣、氣候、空氣質(zhì)量和海洋的應(yīng)用程序系統(tǒng)。天氣預(yù)報的潛在用途包括從挽救生命和財產(chǎn)到先進的嚴(yán)重天氣警報，預(yù)測野火，通過預(yù)測能源需求來管理電網(wǎng)，根據(jù)天氣預(yù)報來估計當(dāng)?shù)爻袑Ξa(chǎn)品的需求。

商業(yè)智能

SAP和Oracle出現(xiàn)在前50名HPC應(yīng)用程序的列表中。在業(yè)務(wù)計算、HPC、甚至科學(xué)應(yīng)用程序之間通過有一些交叉，隨著分析領(lǐng)域的迅速發(fā)展通過數(shù)據(jù)庫解決一些問題。SAP和Oracle都有GPU加速版本。SAP和Oracle正在布局未來，為企業(yè)客戶開發(fā)AI優(yōu)化的模塊，計劃把深度學(xué)習(xí)應(yīng)用到GPU計算。

物理應(yīng)用

物理包括用于建模行為中涉及的基本原理的應(yīng)用程序，物質(zhì)和能量。該領(lǐng)域的范圍涵蓋從宇宙演化的宇宙模型，到量子力學(xué)的亞原子水平的物質(zhì)。物理學(xué)家是HPC的首批用戶之一。

模式識別

模式識別是深度學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。模式識別應(yīng)用程序可以從大量的訓(xùn)練中學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，以便能夠從類似的數(shù)據(jù)中做出推斷。TensorFlow是最常用的應(yīng)用程序，深度學(xué)習(xí)與GPU計算有很強的親和力，而TensorFlow則可以通過GPU實現(xiàn)加速和優(yōu)化。

A100\H100在中國大陸基本上越來越少，A800目前也在位H800讓路，如果確實需要A100\A800\H100\H800GPU，建議就不用挑剔了，HGX 和 PCIE 版對大部分使用者來說區(qū)別不是很大，有貨就可以下手了。

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