AWS推出Hpc8a實例實現云端HPC性能

亞馬遜網絡服務（Amazon Web Services）宣布Hpc8a正式上市，這是其針對HPC（高性能計算）優化EC2基礎設施的下一代產品。AWS聲稱，與前代Hpc7a相比，Hpc8a的性能提升高達40%，內存帶寬提升42%，性價比提升25%。AWS表示，這些增益來自于解決了一些架構瓶頸，如內存吞吐量和節點間通信，以往這些瓶頸限制了云環境中某些HPC工作負載的性能。

云HPC通常最適合處理"易并行"工作負載，即那些可以清晰地分發到多個核心且節點間通信需求最少的工作負載。然而，像計算流體力學（CFD）或結構建模這樣緊密耦合的MPI應用程序需要跨節點進行頻繁數據交換，這使得網絡延遲和一致性變得至關重要。當作業擴展到數百或數千個節點時，即使是微小的效率低下也會迅速降低性能并增加成本。

這種動態使得本地集群和超級計算機成為通信密集型HPC工作負載的首選環境。結果往往是在擴展效率與云基礎設施的運營靈活性之間進行權衡。隨著Hpc8a的推出，AWS正在縮小這種差距。

AWS表示，每個Hpc8a實例配備192個核心、768 GiB內存和300 Gbps的EFA（彈性 光纖適配器），專為處理強擴展MPI工作負載的帶寬和同步需求而構建。Hpc8a基于第五代AMD EPYC處理器構建，加速頻率可達4.5 GHz，在192核心節點上實現了更高的單核性能和更高的總吞吐量。

持續內存帶寬和節點間通信是緊密耦合工作負載的限制因素，因此Hpc8a相比Hpc7a提升42%的內存帶寬是一個顯著的提升。為Hpc8a提供動力的AMD EPYC 9005系列處理器基于AMD的"Zen 5"微架構，于2024年10月正式發布。與上一代相比，該架構提供了更高的IPC（每時鐘周期指令數），AMD聲稱企業級和云端工作負載的性能提升約17%，在HPC和AI場景下收益更大。

EPYC 9005系列還支持每插槽十二個DDR5內存通道，以及比上一代更高的內存速度。Hpc8a實例使用AWS第六代Nitro系統將網絡、存儲和虛擬化功能卸載到專用硬件上。通過減少主機CPU開銷并最大限度地減少抖動，Nitro旨在在大規模MPI同步下提供更穩定的擴展行為。同步多線程（SMT）也被禁用，這一設計選擇旨在為每個核心提供更一致的性能。

Hpc8a提供單一的96xlarge配置，采用與許多仿真工作負載相匹配的1:4核心內存比，并與AWS ParallelCluster和AWS Parallel Computing Service集成用于集群編排，以及Amazon FSx for Lustre用于高吞吐量并行存儲。

早期客戶基準測試表明，AWS引用的性能提升正在轉化為生產工作負載中的可衡量改進。Rescale是一個跨多個行業支持CAE和多物理場仿真的云HPC平臺，報告稱與Hpc7a相比，CFD應用程序的速度提升高達52%，CAE工作負載的性能提升高達38%。根據該公司的說法，這些收益是由更高的內存帶寬和改進的網絡行為驅動的，在流體動力學、結構分析和其他仿真密集型用例中都觀察到了這些收益。

氣象建模組織也報告了可衡量的性能改進。Spire利用其衛星星座的數據運行高分辨率大氣模型，在過渡到Hpc8a后引用了1.5倍的性能提升，稱額外的吞吐量使其能夠從復雜的大氣數據集中更快地生成預報。同樣，Weathernews報告稱，與Hpc7a相比，其基于天氣研究與預報模型的生產工作負載性能提高了34%。在預報環境中，增量性能改進可以直接影響模型周轉時間和更新頻率，從而產生更及時的任務關鍵型天氣信息預報。

在工業仿真背景下，三菱重工報告稱，用于對蒸汽輪機空氣動力學進行建模的CFD工作負載加速了36%。該公司指出，性能增加使其能夠在現有時間限制內探索更高保真度的物理模型并擴展設計研究的范圍。

雖然Hpc8a顯然并沒有消除云基礎設施與專用超級計算機之間的結構差異，但它反映了持續減少約束云中通信密集型工作負載的技術障礙的努力。每核性能的提升、持續內存帶寬的改進和節點間網絡連接的提升都有助于使更多緊密耦合的應用程序在云中高效擴展。

"我清楚地記得，當時甚至有人提出要求苛刻的HPC工作負載可以在云中運行的想法時，人們都表示難以置信。" AWS副總裁兼首席傳道者Jeff Barr在LinkedIn帖子中表示。"幸運的是，那個時代已經過去。AWS云現在提供EC2實例，擁有大量內存、內存帶寬、計算能力和網絡帶寬，以及文件系統和其他存儲，非常適合這些HPC工作負載。"