在这个人工智能和机器学习几乎每天上头条的时代，高性能计算（HPC）反倒像个低调的幕后功臣。它驱动着医疗、气候等领域的突破性研究，也是各种前沿计算技术的试验场——没有它，很多AI应用根本跑不起来。

随着专用硬件在HPC和行业环境中越来越普及，一个关键挑战浮出水面：性能可移植性。简单说，就是让同一个应用程序能在不同计算系统上都能高效运行。这不仅对科研至关重要，对需要快速适应新技术新环境的企业也一样。尤其是那些依赖高性能AI或机器学习工作负载的企业，对性能可移植性的需求只会越来越迫切。下面咱们把技术术语放在一边，聊聊性能可移植性能怎么帮你的业务在控制成本的同时跑得更快。

从一线解决性能便携性问题

在桑迪亚国家实验室，我们有一个专门的研究单位，致力于塑造计算的未来。这里孵化的技术不仅服务于国家目标，也在推动下一波商业创新——从AI驱动的分析到实时金融建模。

进入这个领域的探索始于对分布式系统、虚拟化容器以及HPC能效的兴趣。作为研发经理，同时也是一名经验丰富的研究科学家，我亲眼见证了高级计算环境中的挑战和机遇。之前对可扩展系统软件和虚拟化的研究，特别强调软件的可移植性。通过一系列工作，团队逐渐认识到：传统的“一刀切”策略在当今异构计算环境中已经行不通了。必须进化。

什么是性能便携性？

多年来，研究机构和企业主要依赖通用计算机。但Dennard缩放失效和摩尔定律放缓，让软件工作负载变得多样化和专业化，反过来也重塑了硬件格局。技术提供商现在提供各种翻跟斗、CPU、互连——每一种都为特定任务量身定制。比如GPU擅长并行数据处理，TPU则瞄准机器学习。在这个生态里，重点不仅仅是“性能可移植性”，还包括“跨平台效率”和“硬件无关的性能”。这些概念都在强调一件事：软件不仅要能跑，还要在不同架构上高效跑。

在这样一个专业且迥异的硬件时代，敏捷的软件方法成了刚需。传统上，为新系统定制软件意味着重写数百万行代码——既不可持续，又耗费时间和人力。性能可移植性正好解决这个问题：它允许软件跨不同架构保持高水平性能，而不需要大规模重新设计。在当前复杂的计算环境中，跨平台效率已经不是“锦上添花”，而是满足未来计算需求的必要条件。

性能可移植性的创新：值得关注

追求性能可移植性，核心在于软件可重用性，这又和我们如何为不同计算环境设计应用程序密切相关。桑迪亚的“先锋计划”（Vanguard）就是目前在这个领域创新的主要途径。

Vanguard源于桑迪亚的高级架构测试平台，目标是通过识别和解决硬件与软件生态中的差距，降低集成未经测试技术的风险。它相当于一个桥梁，把小规模、节点级或机架级的测试平台与准备部署的大规模系统连接起来。这个项目不只是测试新兴技术，它直接对准了性能可移植性的目标：通过评估真实世界的生产工作负载，让软件代码更容易适应新的多样化平台，确保它们在不同计算架构中高效运行。对技术供应商来说，Vanguard还扩大了可行技术选项的范围，促进竞争，推动硬件无关性能的进步。

桑迪亚实验室和能源部（DOE）的其他机构通过像Kokkos这样的生态系统来推进工作——这是一套工具，专门增强用C++编写的应用程序的跨平台可移植性。可以把Kokkos想象成一个通用翻译器：确保软件在与它交互的各种平台上都能高效运行。开发并行程序时，开发者面对众多选择（受目标架构等因素影响）。Kokkos通过模式、策略和空间的形式提供“护栏”，指导应用开发团队创建算法。借助Kokkos Core，这些算法和数据结构可以自动映射到不同架构——无论是CPU系统、带OpenMP后端的平台，还是NVIDIA或AMD GPU，甚至定制翻跟斗。本质上，Kokkos帮助标准化了良好的编码实践，让代码能轻松适应不同架构。

在先锋计划的大框架下，我们还采用各种专业工具。容器的使用就是很好的例子——它成为简化移植过程的无价资源。即使简单的代码过渡到新架构，也会消耗大量时间和资源。容器通过创建“清单”来帮助减轻负担：清单是一组包含优化所需关键步骤和特定库版本的指令。这不仅节省时间和财务资源，还让其他团队能利用已有专业知识，加快进度，减少试错。这些工具作为Vanguard战略任务中的战术解决方案，确保应用在多种计算架构中高效部署。

在大规模计算环境的复杂性中，团队在无缝协作时才能茁壮成长——我们使用和评估这些工具的很大一部分目标，就是促进团队合作的力量。这成了努力的基石，因为集体努力的力量为开辟新创新途径铺平了道路。

取得的进展，前面的机遇

虽然我们在性能可移植性上取得了长足进步，但未来的道路充满创新机会。有一个敬业且技术高超的工程团队，移植到新架构本身就提供了一个令人兴奋的挑战——让我们持续参与，推动创新边界，培养持续学习和改进的文化。在桑迪亚，我们正在组建专家团队，进行有针对性的努力，不仅为自身，也为整个行业创造增长机会。这些挑战也提供了合作机会：桑迪亚积极与工业界、政府和学术界合作，共同开拓新方案。

所以，我们并不孤单。性能可移植性的挑战是普遍的，对HPC和业务部门都有影响。随着行业发展，适应性软件的重要性只会增加。通过对性能可移植性的投资，科学研究和企业都能受益——让未来的技术迁移更高效、成本更低。桑迪亚正在积极思考如何与更广泛的行业分享我们的经验和方法。

SC23：进步的论坛

HPC社区聚集在一起讨论这些挑战并共同探索解决方案的地方之一是SC会议。今年会议将于11月12日至17日在科罗拉多州丹佛市举行。SC会议不仅仅是HPC聚会，更是来自不同领域的思想碰撞，聚焦解决普遍的计算挑战。在这里，我们不仅讨论HPC的未来，还讨论它与业务创新和敏捷性的直接相关性。像这样的活动是促进合作伙伴关系的平台，展示桑迪亚应对全行业计算挑战的协作方法。

多年投入SC会议，挖掘最新行业趋势并跟踪创新，这些创新能极大帮助我们在桑迪亚及其他地方的使命。今年在SC23上，我是CANOPIE高性能计算研讨会的参与者，聚焦支持HPC的尖端容器技术、虚拟化和操作系统软件。

鉴于其在提高企业敏捷性和控制成本方面的潜力，性能可移植性应该成为每一位技术领导者或业务决策者关注的焦点——只要他们负责监管那些需要利用尖端硬件的性能密集型应用。

鼓励你在SC23加入我们，成为这场重要对话的一部分——这不仅将塑造计算的未来，还将塑造你的企业在日益复杂和动态环境中的竞争力。性能可移植性的必要性，是科学界和商业界团结起来推动未来计算能力的战斗口号。