有傲腾持久内存加持，加速 Mars 探索宇宙奥秘

中微子是宇宙中数量最多的基本粒子之一，是构造宇宙中一切的基本元素。中微子又是最轻的物质粒子，迄今还未能测出它的确切质量，但至少比电子还要轻100万倍。如果能探测到中微子，我们就找到回答人类最难解之谜——宇宙如何诞生的钥匙。[1]

为了探索中微子的奥秘，科学家们建立了神冈中微子探测实验项目 KamLAND，其中涉及到大量复杂的科学计算，比如有若干变量的线性或非线性方程组、复杂的微积分公式等等。想要找到答案，需要具备强大算力的计算机，以及支持科学计算的编程语言和程序库，Numpy 就是其中的核心库之一，而且用在 KamLAND 项目中。[2]Numpy 主要的功能是支持海量多维数组——即张量与矩阵的运算。然而，随着机器学习、深度学习的研究不断深入，应用持续落地，大家发现 Numpy 难以实现高效的并行计算。

为了解决 Numpy 的问题，阿里巴巴大数据计算平台 MaxCompute 团队研发了 Mars ——基于张量的统一分布式计算框架，同时使用英特尔® 傲腾™ 持久内存，加速了数据 I/O 过程，极大提升了分布式科学计算的运算效率。

突破传统大数据计算引擎模式，并行化 Mars 更高效

Mars 的出现，是为了解决科学运算库 Numpy 的下列主要问题：

作为基于张量的统一分布式计算框架，Mars 突破了现有大数据计算引擎以关系代数为主的计算模型，将分布式技术引入科学计算/数值计算领域，极大扩展了科学计算的计算规模和效率，目前已应用于阿里巴巴及其云上客户的业务和生产场景。

Mars 的核心能力包括：

傲腾持久内存助力，Mars 超越磁盘 I/O 瓶颈

不过在实际运行过程中，Mars 却受到传统磁盘，I/O 速度的限制。因为 Mars 主要在内存中完成计算，数据也在内存中，如果内存不够，暂时不用的数据就会放在磁盘中。而科学任务的大量中间过程会导致大量磁盘 I/O，从而拉低整个系统性能。如果添加更多内存，又会使得硬件成本激增。那么，如何才能既控制总体拥有成本 TCO，又可以提高 Mars 性能？

阿里与英特尔深度合作，将英特尔® 傲腾™ 持久内存安装在 Mars 服务器上，英特尔® 傲腾™ 持久内存容量大，延迟低，可为 Mars 计算提供大容量共享内存，从而提升了科学计算的性能。

英特尔® 傲腾™ 持久内存颠覆了传统内存技术，它基于 3DXpoint 介质，速度快，延迟低，容量大，可以持久化数据，既能充当 DRAM 内存，又可作为传统存储。与第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器一起使用，英特尔® 傲腾™ 持久内存不但可以提供类似于 DRAM 内存的性能，而且能像 SSD 一样持久存储数据，同时容量比 DRAM 内存更大，价格也更便宜。

Mars 使用英特尔® 傲腾™ 持久内存完成科学计算，不再出现数据输入的巨大开销，降低了数据延迟，让 Mars 运算效率大大提升。

经过测试发现，针对两个矩阵相乘的科学计算，当数据集规模不断变大时，使用 DRAM 的服务器会将数据存入 SSD，而使用英特尔® 傲腾™ 持久内存的方案就没有这个问题，同时性能相对 DRAM 方案提升 11% 。

科学计算的未来，是星辰大海

无论是探测中微子这样的高能物理，还是气候研究、基因测序、金融工程、天文学模拟，所有这些都离不开科学计算。有了英特尔® 傲腾™ 持久内存加持的 Mars，将会在科学计算领域中大展身手，以更多、更新、更重要的科学发现，造福人类，让我们有更强大的能力去探索宇宙的奥秘。

[1] 中微子，关乎宇宙起源之谜

http://www.cas.cn/kx/kpwz/202004/t20200421_4741952.shtml

[2] Suppression of Cosmic Muon Spallation Backgrounds inLiquid Scintillator Detectors Using ConvolutionalNeural Networks

https://arxiv.org/pdf/1812.02906.pdf