中微子是宇宙中數量最多的基本粒子之一，是構造宇宙中一切的基本元素。中微子又是最輕的物質粒子，迄今還未能測出它的確切質量，但至少比電子還要輕100萬倍。如果能探測到中微子，我們就找到回答人類最難解之謎——宇宙如何誕生的鑰匙。[1]

為了探索中微子的奧秘，科學家們建立了神岡中微子探測實驗項目 KamLAND，其中涉及到大量復雜的科學計算，比如有若干變量的線性或非線性方程組、復雜的微積分公式等等。想要找到答案，需要具備強大算力的計算機，以及支持科學計算的編程語言和程序庫，Numpy 就是其中的核心庫之一，而且用在 KamLAND 項目中。[2]Numpy 主要的功能是支持海量多維數組——即張量與矩陣的運算。然而，隨著機器學習、深度學習的研究不斷深入，應用持續(xù)落地，大家發(fā)現 Numpy 難以實現高效的并行計算。

為了解決 Numpy 的問題，阿里巴巴大數據計算平臺 MaxCompute 團隊研發(fā)了 Mars ——基于張量的統(tǒng)一分布式計算框架，同時使用英特爾® 傲騰™ 持久內存，加速了數據 I/O 過程，極大提升了分布式科學計算的運算效率。

突破傳統(tǒng)大數據計算引擎模式，并行化 Mars 更高效

Mars 的出現，是為了解決科學運算庫 Numpy 的下列主要問題：

作為基于張量的統(tǒng)一分布式計算框架，Mars 突破了現有大數據計算引擎以關系代數為主的計算模型，將分布式技術引入科學計算/數值計算領域，極大擴展了科學計算的計算規(guī)模和效率，目前已應用于阿里巴巴及其云上客戶的業(yè)務和生產場景。

Mars 的核心能力包括：

傲騰持久內存助力，Mars 超越磁盤 I/O 瓶頸

不過在實際運行過程中，Mars 卻受到傳統(tǒng)磁盤，I/O 速度的限制。因為 Mars 主要在內存中完成計算，數據也在內存中，如果內存不夠，暫時不用的數據就會放在磁盤中。而科學任務的大量中間過程會導致大量磁盤 I/O，從而拉低整個系統(tǒng)性能。如果添加更多內存，又會使得硬件成本激增。那么，如何才能既控制總體擁有成本 TCO，又可以提高 Mars 性能？

阿里與英特爾深度合作，將英特爾® 傲騰™ 持久內存安裝在 Mars 服務器上，英特爾® 傲騰™ 持久內存容量大，延遲低，可為 Mars 計算提供大容量共享內存，從而提升了科學計算的性能。

英特爾® 傲騰™ 持久內存顛覆了傳統(tǒng)內存技術，它基于 3DXpoint 介質，速度快，延遲低，容量大，可以持久化數據，既能充當 DRAM 內存，又可作為傳統(tǒng)存儲。與第二代英特爾® 至強® 可擴展處理器一起使用，英特爾® 傲騰™ 持久內存不但可以提供類似于 DRAM 內存的性能，而且能像 SSD 一樣持久存儲數據，同時容量比 DRAM 內存更大，價格也更便宜。

Mars 使用英特爾® 傲騰™ 持久內存完成科學計算，不再出現數據輸入的巨大開銷，降低了數據延遲，讓 Mars 運算效率大大提升。

經過測試發(fā)現，針對兩個矩陣相乘的科學計算，當數據集規(guī)模不斷變大時，使用 DRAM 的服務器會將數據存入 SSD，而使用英特爾® 傲騰™ 持久內存的方案就沒有這個問題，同時性能相對 DRAM 方案提升 11% 。

科學計算的未來，是星辰大海

無論是探測中微子這樣的高能物理，還是氣候研究、基因測序、金融工程、天文學模擬，所有這些都離不開科學計算。有了英特爾® 傲騰™ 持久內存加持的 Mars，將會在科學計算領域中大展身手，以更多、更新、更重要的科學發(fā)現，造福人類，讓我們有更強大的能力去探索宇宙的奧秘。

[1] 中微子，關乎宇宙起源之謎

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