军事设计师为什么需要高性能计算

作者：Steve Travis，Chassis Plans 技术和商业顾问

多年来，军方对高性能计算 (HPC) 平台的需求不断增长。过去，生成 PB 级数据的数据收集活动（例如卫星成像或无人机 (UAV) 传感器馈送）可能需要数小时到数天的处理时间，或者在遥远的位置发送和处理，从而浪费宝贵的时间. 通过提供并行处理技术来解决加固平台中的复杂计算问题，HPC 计算机可以部署到“战区”位置，并彻底改变了当今作战人员的数据采集和分析。

高性能计算 (HPC) 利用并行而非串行处理来运行高级软件应用程序。它用于通过使用计算机建模、模拟和分析来解决高级数学计算和执行数据处理。HPC 系统通过其独特的同步并行处理能力提供持续的性能。

大多数 HPC 系统都是围绕单 CPU 或双 CPU 以及一个或多个图形处理单元 (GPU) 构建的。GPU 在 HPC 性能中起着至关重要的作用，因为它们可以承担最极端的计算，让 CPU 来完成运行操作系统和基本系统应用程序的幕后工作。

CPU 和 GPU 之间的内核差异：每个 GPU 可以提供比典型多核处理器多数百甚至数千个内核。

CPU 由最适合用于串行处理的几个内核组成，而 GPU 包含数千个小内核，这些内核设计用于在大规模并行架构中处理线程数据。这些核心中的每一个都可以同时与数千个其他核心并行处理小块数据。复杂的数学计算可以被分解、求解，然后以指数速度比基于串行多核的 CPU 计算机更快地重新组合。当与为利用并行处理而编写的软件结合使用时，与串行处理相比，性能可以提高 12 倍到 40 倍甚至更高。

全新机箱计划加固型机架式 5U 机箱可在单个封装中支持多达 4 个 NVIDIA Tesla GPU，以实现高性能图形处理。

主要优势：

地理空间智能：使用专门设计的软件和 HPC 系统，可以在几秒钟内而不是过去的几天内绘制大面积地图。绘制城市等大区域的地图涉及能够提取、表示、建模和解释卫星图像特征的高级算法。基于 GPU 的系统的并行处理能力允许算法以极快的速度处理图像。例如，今天基于 GPU 的系统和软件可以使用卫星图像在不到 20 秒的时间内详细绘制一个 200 平方英里的城市，包括所有建筑物和道路。

视频和图像处理：一台速度极快的双 CPU 计算机可以仅以每秒 15 帧左右的速度分析单个高清 (1080p) 视频流。通过在服务器平台上仅添加一个 GPU，它将使视频处理软件的速度提高 12 倍。这个数字也可以通过向计算机添加额外的 GPU 来增加。这种并行处理能力的提升可以将分析 24 小时高清 (1080p) 视频所需的时间减少到 1 小时以下。这使军方能够以更快的速度和更高的准确性识别安全威胁或感兴趣的目标。

图像增强：HPC 系统可用于图像增强应用，以揭示卫星或无人机图像中先前隐藏的数据。并行处理允许使用实时图像稳定和增强技术来清理视频源。将这些计算机部署在现场，而不必将数据传输或传输回远程位置以进行进一步分析，增加了一个可以实时处理和理解信息的新维度。

HPC 系统利用软件进行图像增强，例如正射校正（修改图像以获得地形浮雕并校正镜头的失真和相机倾斜）和“全景锐化”，通过组合生成高质量、高分辨率的图像高分辨率黑白图像和中等分辨率彩色图像。这两种技术都需要大量的数学处理，并且需要超级计算机类型的处理能力。仅使用 CPU，此类过程可能需要几分钟到几小时才能完成。与仅基于 CPU 的系统相比，HPC/GPU 解决方案可以将这些算法的正射校正速度提高 12 倍，将全色锐化速度提高 40 倍。

加固型 HPC在过去的 18 年中，Chassis Plans设计了加固型计算机，这些计算机满足现场部署设备的军用标准。加固领域侧重于冲击、振动、温度以及吹沙和扬尘。所有系统外壳均由铝制成，具有强度和重量减轻的特性。可密封的前门可保护系统控制并包括现场可更换/可清洁的空气过滤器。

在内部，一个压紧支架从多个点固定所有 GPU 板，使板稳定在其插槽中。电缆组件经过仔细布线以确保没有摩擦，并且内置服务回路以避免电缆连接的张力并实现最大的气流路由。

新型机箱计划 M5U-22 高性能计算机基于坚固的 5U 外壳，旨在满足各种地面、车辆、船上和飞机安装的环境要求。

Chassis Plan 的专利Syscool 热管理系统用于精确控制系统温度，由热管理板、高平均无故障时间 (MTBF) 冷却风扇和实时监控计算机内部温度的热敏电阻网络组成并相应地调整风扇速度。

SWaP 优势SWaP 是“尺寸、重量和功率”的军用首字母缩写词，是当今军队非常重要的产品特性。通过将最新的 GPU 技术引入坚固耐用的平台，可以实现多种 SWaP 优势。SWaP 的所有三个要素都会因减少应用程序所需的部署计算机数量而受到影响，从而释放宝贵的机架空间。 

物理计算机的减少会降低整个平台的重量，这可能意味着减少数百磅。节电也可以减少数千瓦。在比较尺寸、重量和功率优势时，HPC 配置显然是赢家。

通过专门的工程和产品支持，Chassis Plans可以根据客户的具体应用提供平台解决方案。这一过程始于了解客户对各种应用的环境要求，从陆基车辆、船上应用到飞机应用。

通过对多种COTS硬件路径进行各种机械和电气更改和升级，客户可以与工程团队协商，定制高性能混凝土解决方案，最大限度地提高性能、耐用性和价格点。最终系统有五年保修期。

审核编辑 黄昊宇