NVIDIA TESLA K80 显著提升吞吐能力、加速科研发现在数据中心内部署 Tesla K80 的三大理由

并行之路是未来的大势所趋。传统 CPU 已无法像从前那样通过更新换代来提供足够的性能提升，高性能计算 (HPC) 专家一致认为，只有像 GPU 这样强大的加速器才能够提供所需的性能以促进未来的科学发现。

NVIDIA® Tesla® K80 旨在打造全球最强大的加速器，专为机器学习和 HPC 应用而优化。为数据中心添加这款加速器有以下三个令人信服的理由。

第 1 大理由：各大顶级应用均已支持 GPU 加速机器学习与 HPC 系统上运行的许多计算密集型应用现已支持 GPU 加速。事实上，Intersect360 Research 所做的一项独立研究显示，在最流行的 HPC 应用中，有 70% 已实现 GPU 加速。

例如，化学应用程序在数据中心会消耗大量计算周期。研究结果显示，大多数计算化学应用程序目前已经支持 GPU加速。 NVIDIA Tesla K80 GPU 加速器可以令这些应用程序实现大幅性能提升。

Intersect360 研究的顶级化学应用程序

Gaussian GAMESS CP2K

NAMD Quantum Espresso Q-Chem

VASP LAMMPS ADF

AMBER Schrodinger Accelrys

NWChem CHARMM

绿色表示已支持 GPU 加速

0 倍

2 倍

4 倍

6 倍

8 倍

10 倍

12 倍

14 倍

16 倍

AmberMD

MILC

HOOMD-Blue

NAMD

LAMMPS

CloverL

eaf

Chroma

QMCPACK

GTC

GROMACS

K80

TESLA K80 可令顶级 HPC 应用程序的速度提升 5-10 倍

CPU

第 2 大理由：1 台 Tesla K80 服务器最多可替代 8 台 CPU 服务器虽然科研发现的重在研发速度，但是计算资源却常常短缺。这种情形限制了研究人员可以实现的科学规模。

Tesla K80 重新定义了科学家与研究人员的能力所及。对许多专为 GPU 优化的应用程序来说，1 台 K80 服务器即可提供高于 8 台双路 CPU 服务器的吞吐量。

例如，以运行流行的计算化学应用程序 HOOMD-Blue 为例，与 8 台配备双路 Haswell CPU 的服务器相比，1 台配备 2 颗 Tesla K80 加速器的服务器即可提供 1.7 倍性能提升，与 4 台配备双路 Haswell CPU 的服务器相比可提供 3.4 倍性能提升。

第 3 大理由：更高的吞吐量成就更多发现

数据中心负责人面临着同样的挑战，即如何满足计算机资源需求。这些需求通常会超出系统的可用周期。

Tesla K80 可大幅提升数据中心吞吐量，因此每天能够完成更多的计算任务。如果为三分之一的系统节点配备 Tesla K80 加速器来加速你的主要应用程序，那么数据中心的整体吞吐量就会提升 2 倍以上。

加速计算让研究人员能够解决那些用 CPU 方式无法解决的难题。例如，当传统系统再也无法满足科学家与研究人员不断增长的需求时，德累斯顿工业大学利用 Tesla K80 加速器扩展了其超级计算机。对于他们目前运行的应用程序而言，德累斯顿工业大学预计，64 台配备 Tesla K80 的服务器可提供相当于 1,400 台 CPU 服务器的性能。

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16X

14X

12X

10X

8X

6X

4X

2X

0X

K80CPU

GROMAC

GTC

OMCPAC

Chroma

Clover

LeLAMMPS

NAMC

HOOMD

MILC

AmberM

4 台 CPU 服务器 1 台 Tesla

K80 服务器

应用程序性能基准测试4 台 CPU 服务器对阵 1 台 Tesla K80 服务器

HOOMD-BLUE3.4 倍

MILC3.0 倍

NAMD2.4 倍

HOOMD-BLUE1 倍

MILC1 倍

NAMD1 倍

Server

System Throughput Increases when Nodes are Accelerated

CPU-only System

100 Jobs per Day

1/3 of System Nodes withTesla K80 Accelerators

220 Jobs per Day

MILC1.4X

NAMD21.7X

MILC1X

NAMD1X

16X

14X

12X

10X

8X

6X

4X

2X

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K80CPU

GROMAC

GTC

OMCPAC

Chroma

Clover

LeLAMMPS

NAMC

HOOMD

MILC

AmberM

4 CPUServers 1 Tesla K80

Server

Application Performance Benchmark4 CPU Servers vs 1 Tesla K80 Server

HOOMD-BLUE3.4X

MILC3.0X

NAMD2.4X

HOOMD-BLUE1X

MILC1X

NAMD1X

8 台 CPU 服务器

1 台 Tesla K80 服务器

应用程序性能基准测试8 台 CPU 服务器对阵 1 台 Tesla K80 服务器

System Throughput Increases when Nodes are Accelerated

CPU-only System

100 Jobs per Day

1/3 of System Nodes withTesla K80 Accelerators

220 Jobs per Day

HOOMD-BLUE1.7 倍

MILC1.4 倍

NAMD1.7 倍

HOOMD-BLUE1 倍

MILC1 倍

NAMD1 倍

由于对 GPU 的需求高涨，因此 IT 部门决定用配备 Tesla K80 GPU 的 128 个节点来替代原计划购买的 CPU 系统，首日的占用率便降至 80%。Guido Juckeland, 德累斯顿工业大学

“”

如果节点实现加速，系统吞吐量就会提升

纯 CPU 系统

每天执行 100 项任务

三分之一的系统节点配备 Tesla K80 加速器

每天执行 220 项任务