聚合计算正在开启一个全新的分布式计算时代！
聚合计算是一种全新的分布式计算方案，聚合计算体系架构（ACA, Aggregate Computing Architecture）是LAXCUS分布式操作系统7.0的基础和核心，它规定了LAXCUS分布式操作系统7.0及以后所有版本，如何理解和执行分布式作业流程。在开发层面，聚合计算的实现细节对开发者是透明的，应用开发者只需要通过相关的计算机语言和操作系统编程接口（目前仅支持C/C++，未来将扩展到Python、Java等高级语言），就能编写基于LAXCUS分布式操作系统的聚合计算应用软件代码。如果你是一名分布式应用软件开发者，了解聚合计算的基本功能和工作原理，将有助于你在需要的时候，更好更快地开发及优化分布式应用软件代码。
1. 聚合计算：从N到1的计算工作
因为AI，我们正在需要更多的CPU、GPU、FPGA、磁盘、内存参与计算工作，这与传统的单机计算完全不同，促使我们重新制定管理这些硬件资源的策略。同时，对于开发者、用户、系统管理员来说，面对越来越复杂的大规模计算和编程开发工作，如何使用和调度这些硬件资源，也是一件极度复杂和麻烦的事情。
聚合计算是针对这些问题，在LAXCUS分布式操作系统基础上，通过对计算机集群“从N到1”的重组整合硬件资源，把大量的硬件计算机，变成一台逻辑的软件“超级计算机”，其最大规模可以达到100W+节点。系统管理员和开发者可以在这台逻辑单一的“超级计算机”上，管理计算机集群，开发各种分布式应用软件，执行各种大规模和超大规模的计算。也就是说，无论你的计算机集群实际上有多少台计算机，从软件表面上看，就像是一台计算机一样。
聚合计算体系架构（ACA）是LAXCUS分布式操作系统的首创。它通过对硬件资源“从N到1”的重组整合，使得我们更容易管理计算机集群，并帮助开发者更简单、更快捷开发各种AI和分布式算力应用软件，尤其处理超大规模的分布式并行计算工作时效果更加明显
2. 多机并行下的计算线程
聚合计算的并行计算是由一批核心函数定义的，这些函数具备向后兼容的能力，在运行过程中，需要保证每台计算节点的版本一致性，才能够多台计算机上并行执行。多机并行的计算函数在运行过程中将启动线程，工作完成后被释放。这些线程按照网格块的形式组成，每条线程执行一个实例。
3. SIMN（Single Instruction Multiple Nodes）执行模型
聚合计算采用SIMN模式实现分布式作业，意味着一条指令会被LAXCUS分布式操作系统分发到多台计算机上，并被这些计算机执行。每台计算机在资源允许和批准的情况下，遵循相同的执行路径。多台计算机在遵循SIMN执行过程中，将处理流程一致、但是内容不尽相同的数据。SIMN这是聚合计算的多机并行处理的基础。
4. 针对内存访问的指令
聚合计算支持不同层次内存的读写操作，包括全局内存、共享内存、常量内存和寄存器。这些指令将实现用来加速和优化内存访问，减少内存延迟，提高带宽利用率，加速AI和大规模算力应用的执行效果。
5. 标量和向量函数
聚合计算提供了有各种的标量和向量函数，这些函数需要落实到各种硬件计算单元上实施。基于这种情况，LAXCUS分布式操作系统又提供了一批抽象接口，方便硬件设备商对接这些函数。当应用软件运行过程中，聚合计算会把这些计算工作转移到对应的计算单元上执行。如果一台计算机没有类似GPU、FPGA等硬件加速计算单元，相关的加速计算工作将转移到CPU上，对接其指令集运行（比如X86架构的CPU及其MMX、SSE、AVX指令）。
6. 分布式作业流程的控制算法
聚合计算提供了针对各种分布式作业流程的控制算法，包括卡间计算、网间计算、远近场计算的作业流程控制。它们允许在多机并行计算过程中，动态分配和调整改变计算节点，并驱动这些计算节点的工作线程，执行相同的控制流指令。
7. 原子级操作和同步原语
聚合计算内置分布锁，实现不同粒度，包括原子级的锁定操作，比如增加、减少、交换的指令操作，它将确保在多机并行环境下，对共享数据的操作具备原子级的一致性。还有，同步原语被用于控制线程间的执行顺序，以及数据上下文关系的依赖。
8. 分布式编程接口
聚合计算体系架构是LAXCUS分布式操作系统底层和应用软件的中间层，它的作用类似于英伟达的CUDA。通过这样一套完整的分布式计算框架，开发者在调用上层API，管理员操纵计算机集群的工作，都被大幅简化。且因为是聚合计算的分布式编程接口作为操作系统的一部分，在未来，也更容易实现标准化和通用化。
9. 冗余和容错
当一个计算机集群的节点规模达到到几百台、几千台的时候，很难保证每台计算机每个硬件部件正常协同工作，这时冗余和容错就派上用场。简单说，冗余就是备份，需要我们在规划计算机集群方案时，考虑好足够的备份机器，当计算节点发生故障后，启动备份节点替换故障节点。容错由LAXCUS分布式操作系统和系统管理员一起共同承担，当计算节点故障，操作系统会在数秒内做出判断，通常可恢复的故障，操作系统会主动处理，如果是不可恢复的故障，操作系统将对故障节点执行隔离操作，并通过系统管理员来处理。
聚合计算提供有冗余容错的接口，开发者将这些接口嵌入到自己的应用软件里，运行过程中就能实时感知每个计算节点的运行状态。当计算节点出现故障后，LAXCUS分布式操作系统会通知应用软件，让应用软件实时感知故障情况，并由应用软件做出针对性处理。
10. 多处理器的异构计算
LAXCUS分布式操作系统支持多种CPU。目前首选是X86架构的处理器，其次是ARM架构，未来根据产品和产业发展情况，将支持更多的CPU，比如国产的龙芯架构处理器。当有多种CPU处于一个计算机集群，并需要它们协同执行一项计算工作时，多处理器的异构计算就成为必须解决的问题。
为此，针对开发者，聚合计算提供有多处理器异构计算抽象。它介于操作系统的底层和应用软件层之间，隔离了底层功能，类似于Java语言的“一次编写到处运行”，允许开发者在一种处理器平台上开发应用软件，然后部署到其它处理器平台运行，这种模式大大降低了开发应用软件和采购硬件设备的成本。
客观地讲，多处理器异构计算抽象虽然隔离底层，简化了编程开发，但是同时降低了应用软件的运行效率，尤其对需要大算力的AI计算，并不是一种很好的解决方案，所以目前它属于聚合计算体系架构的一项备选方案，未来将视需求再决定是否公开，推出公共版本。
聚合计算作为一种全新的分布式计算方案和软件框架，目前仍然在开发和演进中，它将淘汰旧的分布式计算框架，彻底改变分布式计算和分布式应用软件的设计、开发、编写流程，重新定义计算体系，为未来更多的AI和分布式计算业务的井喷打下基础。
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