划重点
01阿里云智能集团副总裁吴结生预测，到2027年，云端HPC市场规模将超过140亿美元，比本地服务器市场增长两倍多。
02云计算模式下的高性能计算具有弹性、异构计算兼容性、快速部署和平台化数据处理生态等优势。
03为此，阿里云推出了E-HPC平台，同时支持AI作业和传统HPC作业，满足多样化负载需求。
04除此之外，阿里云灵骏集群采用HPN 7.0网络架构，提升大规模模型训练中的计算效率和稳定性。
05未来，云计算厂商需不断创新，提供多元化产品组合，帮助企业在不同负载场景中落地应用，实现智能化创新。
以上内容由大模型生成，仅供参考
Hyperion Research预计，云端HPC市场的增长速度将是本地服务器市场的两倍多，到2027年，云端HPC市场规模预计将超过140亿美元。
原先HPC（High performance computing，高性能计算）“高高在上”，几乎只应用在高精尖科研领域，但随着以AI代表的新一代数字技术的应用，HPC也在更多行业有了“大展拳脚”的机会，在企业侧的应用场景也越来越多。
从HPC到CloudHPC
在阿里云智能集团副总裁，弹性计算产品线负责人、存储产品线负责人 吴结生看来，如今已经有很多行业应用了高性能计算，且高性能计算的负载正呈现出多样化发展的趋势，“当下，很多基础模型的预训练、自动驾驶、生命科学，以及工业制造、半导体芯片等行业和领域都应用了高性能计算。”吴结生指出。
阿里云智能集团副总裁，弹性计算产品线负责人、存储产品线负责人 吴结生
传统模式下，HPC因其独有的定位、复杂的架构，以及极高的运维难度，造成了成本高昂，且适配业务发展特性较差，这也让很多企业“望而却步”。
而当企业对于高性能计算的需求不断增加时，如何让更多企业“用得起”和“用得好”高性能计算成为行业面临的难题。
这时候，云计算就承担起了让HPC被更多企业，更便捷应用的重任。谈及Cloud HPC的优势时，吴结生告诉钛媒体APP，以云计算的模式应用高性能计算，具备了四个显著的优势：首先，是弹性的能力，通过云的方式，具有高度的弹性，可以弹性地分配、调用大规模资源，让企业获得的算力更高；其次，CloudHPC具备异构计算的兼容性能力，以云的方式，可以对异构芯片之间的算力进行整合，兼容性更强；第三，CloudHPC让用户具备了快速部署的能力；第四，与本地化的HPC相比，CloudHPC具备了平台化的数据处理生态。
就数据处理能力，吴结生向钛媒体APP举例详细介绍到，以汽车研发为例，汽车研发的过程中需要用到仿真计算，仿真计算在预处理的过程中会产生数据，计算的过程中也会产生大量数据，如何将处于不同位置的数据“挪动”，整合到一起，就成为了传统HPC时代的难题。
CloudHPC的出现很好的解决了这个问题，吴结生告诉钛媒体APP，通过弹性高性能计算集群，加上并行文件存储系统，可以免除数据的挪动，提升整个系统的能力，从而提升效率，缩短产品研发进程。因此可以看出，云上的高性能计算，具备借助整个云平台，将包括计算、存储、网络和一些安全方面的能力叠加起来的优势。
“按需制宜”
从目前应用趋势上来看，用户对于算力的需求的多样化的。这种情况下，显然单一的计算架构已经不能满足所有用户的需求。
“算力目前遇见的核心问题就是：计算架构的单一性与算力需求多样性之间的矛盾。”中国工程院院士邬江兴曾在2024年全国高性能计算学术年会上公开表示，“算力需求是多样性的，面对不同的场景、不同的计算环境、不同的任务类型、不同的性能需求，需要不同的算力架构。可是计算架构是单一的，目前的情况走下去，会有两种发展结果：一个是‘削足适履’，一个是各自为政，都不是好的发展结果。”
这样的算力困境同样发生在高性能计算领域，吴结生告诉钛媒体APP，多元化的负载需求，也对高性能计算提出了新的挑战。面对这些挑战，吴结生认为，企业需要通过多样化的产品、系统架构和技术方案，来满足不同负载对计算能力、存储性能、网络带宽等方面的差异化需求。
从需求侧出发，根据不同的业务场景，以及场景下算力的耦合度和数据的密集度可以大致划分为松耦合、紧耦合，吴结生告诉钛媒体APP，算力越耦合，就越需要高性能的网络连接能力，针对不同的业务场景，用户应该选择相对应的产品架构，这样才能在确保计算效率的同时，降低使用算力的成本。
在松耦合场景下，用户对于延迟的要求不是很高，对算力的类型也没有要求（比如对CPU代系没有强要求）。但是，该场景下，用户对性价比的要求更高，他们需要以更低的成本，更高的弹性，实现算力的全局调度，“阿里云借助自身积累的云资源规模，加之创新性的CIPU（云基础设施处理器）架构，提供E-HPCInstant来服务‘松耦合’的高性能计算负载，”吴结生指出，“通过E-HPCInstant对云上所有可用区的资源进行不同代系的算力抽象，并实现全局的资源分配和任务调度，满足用户对于弹性的需求。”
吴结生以制药行业为例分享了具体松耦合场景中的架构经验，他表示，在该场景下，客户有高吞吐量的弹性计算需求随时需要大规模的CPU、GPU计算资源，计算峰值大、任务并发度高。阿里云的产品为客户提供了弹性按需的海量资源：智能调度底层大规模基础设施，任意时刻提供10万核以上的资源保障，优化大并发下计算和存储性能，显著提高药物研发效率，只需原来1/3的成本。
在紧耦合场景下，大多业务场景都存在计算任务多、规模大、计算时间紧张等特点，这种场景更为适合CloudHPC，利用云资源的规模大、并行计算能力强等特点，满足企业对于高性能计算的需求。
针对此，阿里云推出了高性能计算平台E-HPC平台，可以同时提交AI作业和传统HPC的作业，在资源管理层，同时管理了HPC的Slurm集群和AI的ACK(K8s)集群，作业管理层根据作业类型将AI作业和HPC作业分别投递到相应的集群上运行。
以汽车行业为例，目前的研发周期需要效率非常高，本地 HPC 集群硬件资源老化，严重影响业务进度，并且业务流程割裂：线下前后处理与线上求解计算的流程割裂，数据挪动频繁。“如果建一个1000 台机器这样的一个超算集群，传统方式肯定是几个月。那么今天在云上10 万核的需求我们可以在不超过一天之内建好。并且客户可以利用云的资源规模去做弹性的资源分配。在云上可以获取丰富的以及最新代际的算力形态，满足各种不同工作任务的这种负载的需求。”
在吴结生看来，E-HPC高性能计算服务落地过程中最大的挑战是任务的计算实例之间需要紧耦合的通信。面对这个痛点，阿里云首先以CIPU作为所有底层物理资源的连接器，将底层物理资源统一纳管，提高计算效率，进而加速IO效率，通过eRMDA网络大幅提升紧耦合的HPC工作负载性能，最终实现以更低成本，更快速度的交付能力。
除此之外，吴结生告诉钛媒体APP，E-HPC还通过多层次的网络拓补感知与弹性扩容的能力，快速弹出网络拓扑上靠近的ECS计算集群，适应紧耦合HPC作业极致性能要求。
AI时代，云上HPC如何更好用？
ChatGPT的横空出世让AI又一次成为了科技圈关注的焦点。这一轮的AI的火爆在吴结生看来，也将彻底改变所有行业，“当下几乎所有的行业龙头公司都已经是数据公司了，未来都将会是数据+AI的公司。”吴结生告诉钛媒体APP。
“大模型的训练场景是比较传统的高性能计算在云上的一种重新复兴，我们称之为极致紧耦合的场景。”吴结生将大模型厂商的算力需求总结为：这些企业需要稳定大规模高性能的训练算力，并需要弹性拓展的推理算力，还需要数据处理的速度和弹性能力，以提高资源利用率并降低成本。
当前大模型的预训练需要集群化，构建万卡甚至更大的集群，且整个集群需要是一个庞大的“整体”，若其中一台机器出问题，都会造成训练中断。“大模型的训练就像是一排人两个、两个的将腿绑在一起，共同前进，这种并行的方式，一旦有一个人反应慢了或者倒了以后，可能整个队伍的前进速度就被拖累了。”吴结生以一个生动的比喻比拟了大模型的训练过程。“让每张GPU卡，每台机器都以相同的‘步伐’前进，才能提升整体的模型训练效率。”吴结生如是说。
为了实现上述所描述的“相同步伐”，阿里云灵骏集群采用 HPN 7.0 的网络架构，通过一系列的创新来支持更大的规模、更优的效率和更高的稳定性：一方面，阿里云为每台机器 3.2T 的 RDMA 的计算连接，让每台服务器之间的通讯更顺畅；另一方面，后端 GPU 互联网络和前端网络分离，减少存储的访问对算力通信的干扰，进而提升了整体GPU集群的计算效率。
这样的“相同步伐”也对存储能力提出更高的要求。在大规模的模型训练过程中，经常会遇到各种原因而被迫中断。“我们的头部大模型客户提出了连续的、分钟级的Checkpoint的读写要求，这对存储的吞吐要求是非常高的，这是为什么在阿里云灵骏智算服务里面，提供了高性能的并行文件系统CPFS，满足训练和推理的超高性能和成本优化要求。通过CPFS，网络的双上联、系统监控、自定位和自愈等优化，降低中断次数和时间，使得我们训练时长的有效率高达99%，” 吴结生指出。
无论是松耦合、紧耦合，还是极致紧耦合，面对多元化算力需求，CIPU 是阿里云基础设施的基石，是差异化竞争力的主要来源之一。通过CIPU架构，可以实现0虚拟化开销，让企业能更充分的利用CPU、GPU资源，从而减少开销。除此之外，CIPU架构还通过硬件加速的方式，进一步提升IO和存储性能，“目前，阿里云已经推出了2.0版本的CIPU架构，整机稳定性提升20%，带宽性能可达400Gbps，VPC可达6000万pps，弹性RDMA可达5000万message/s，存储性能可达360万IOPS，50GB/s，这些性能都达到了业内领先水平。”吴结生指出。
当下，每一家公司都是一个数据公司，很快每一家公司都会是一家数据+AI的公司，云计算一直在践行 Scaling Law，高性能计算也将焕发新的动能，云计算提供的规模化、高性能、可扩展的算力与存力，会帮助企业在进行业务规模的扩展的同时，应对好数据规模的扩展，充分使用好AI模型以及基于模型的各类应用。我们也期待看到，云计算厂商可以不断创新，提供多元化的产品组合，帮助企业在不同负载场景中落地应用，实现智能化创新。
