算力系列基础篇——算力与计算机性能:解锁超能力的神秘力量!

原创 中兴文档 2024-07-09 07:03

在《算力系列基础篇——算力101:从零开始了解算力》中,相信各位粉丝初步了解到人工智能的“发动机”和核心驱动力:算力!算力!算力!(重要的事情说三遍)


今天,和文档君一起学习一下,计算机性能是如何影响算力的?要想提高算力,都有哪些方法?


1


算力的关键因素


从算力的常见计量单位FPOPS(Floating Point Operations Per Second,浮点运算次数/秒)、IPS(Instructions Per Second,指令/秒)、TOPS(Trillion Operations Per Second,万亿次/秒)中,我们可以了解到:

算力,都是以万亿次(10^12)为基础。


这种量级的计算,必须依靠高性能的计算机,才能够实现。


我们日常使用的台式机、笔记本等,仅仅算作是普通计算机,性能一般,可以满足日常娱乐工作需求。


而这里说的高性能计算机,是一种专门设计的计算机,主要用在需要执行大量计算任务的场景。



在高性能计算机中,影响算力的关键因素,包括:


硬件


在数字世界中,硬件是构建各种应用高楼大厦、信息高速公路的地基和支撑。


在高性能计算机中,硬件是专门设计的。


CPU的运算速率是极高的!



CPU负责执行指令和进行计算。CPU的性能直接决定了计算机的运算速度和处理能力。CPU运算速率的具体数值取决于CPU的型号、频率、核心数等因素。


例如,某个CPU的单核频率为2.7GHz,且具有28个物理核心和56个线程,浮点运算能力高达4.8 TFLOPS。这意味着该处理器在进行计算密集型任务时,可以在一秒钟内完成超过四万亿次的浮点运算。


内存的容量是极大的!


某些超级计算机为了实现对大规模数据的计算,在实际部署时设计了超过4600个节点,每个节点配备了96 GB的内存,总内存容量超过44 PB(1PB 约等于1000 TB)。

内存可以存储更多的数据,从而支持更大规模的数据处理和分析。这对于需要处理大量数据的应用场景(如数据分析、机器学习、天气预报等)非常重要。大内存可以减少数据在内存和硬盘之间移动的次数,从而提高计算性能。这是因为从硬盘读取数据的速度通常比从内存读取数据慢得多。

硬盘的读写速度是极快的!


海量的数据除了要存储在大量的硬盘中,还需要在计算的过程中,能快速地从硬盘中读取出来。

例如:采用了更高质量的组件和更先进技术的企业级硬盘,最高读取速度可以达到700多MB/s;专为高性能计算设计的一种新型固态硬盘SSD,最高读取速度可以达到7000多MB/s。

软件


软件构建了数字世界,为人们提供了各种各样的服务。


在高性能计算机中,软件也是专门设计的。


操作系统可以是定制的!


图形化的操作系统降低了人们的使用难度,而专注于计算的操作系统一般都是摒弃了图形化界面。通过定制化设计,专注于计算,从而具备比其他系统具有更高的算力。


数据库管理系统可以是支持多节点的!


高性能计算机中的数据库,通常会采用分布式存储的设计。这意味着数据可以分布在多个服务器或存储设备上,从而实现更高的可扩展性和可靠性。


2


提高算力的N种办法


要想获得更高的算力,就需要在这些方面,进行一些尝试:


升级硬件


最直接有效的方法是升级CPU或GPU等硬件,以提高计算能力。


  • GPU(Graphics Processing Unit,图形处理单元):提供强大的并行计算能力。通过成千上万个小处理单元进行并行工作,大幅提高了计算效率。

  • TPU(Tensor Processing Unit,张量处理单元):TPU是专门为加速人工智能学习而设计的硬件,能够显著加快计算速度,进一步增强了网络的强度。

  • SSD(固态硬盘):大容量的SSD具有高速读取和写入能力,可以快速加载和保存数据,使得计算机能够高效地存储信息。


  • 大容量RAM:在训练生成式AI模型时,大量的中间计算结果和模型参数需要存储在内存中,大容量的RAM能够显著提高数据处理速度和据处理效率。


优化软件


通过优化操作系统、编程语言和应用程序,也可以提高算力。

通过优化算法和数据结构、减少不必要的计算和存储开销、提高代码质量和可维护性等方式,可以有效地减少计算任务的运行时间,提高计算机系统的运行效率。

改进计算方式


现代计算机系统通常包含多个处理器或核心,可以同时执行多个任务,这就是所谓的并行计算。这使得计算机能够在更短的时间内完成更多的任务,从而提高整体的算力。

在分布式计算中,任务被分解成多个部分,然后由多台计算机共同完成。这种方式可以突破单台计算机的算力限制,实现更强大的计算能力。

量子计算利用量子比特进行计算,理论上具有无限的计算能力。然而,目前量子计算机还处于实验阶段,距离实际应用还有很长的路要走。



说明

总之,提高算力的方法多种多样,关键在于根据具体需求选择合适的策略。


未来,随着科技的进步,我们还将看到更多创新的算力提升方式。





END



今天的算力小知识就介绍到这里了,文档君敲黑板总结重点啦~~


  • 算力的量级以万亿次(10^12)为基础,需要高性能计算机在硬件、软件上有专门的设计。

  • 算力的提高,可以通过CPU硬件、GPU硬件、系统软件、计算方式等的升级优化来实现。

要想了解更多关于算力的知识,还请持续关注【中兴文档】推出的算力系列化图文,文档君带你由浅入深,走进算力的世界。

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