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中國(guó)高校高性能計(jì)算能力排行榜再次被刷新，吉林大學(xué)采購的浪潮天梭TS10000正式上線運(yùn)行，其浮點(diǎn)運(yùn)算能力高達(dá)40萬億次，位居全國(guó)高校高性能計(jì)算機(jī)之首，成功躋身全球最新高性能計(jì)算機(jī)TOP500 排行榜。

吉林大學(xué)是教育部直屬的全國(guó)重點(diǎn)綜合性大學(xué)，是1995年首批通過國(guó)家教委"211工程"審批，2001年被列入"985工程"國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)的大學(xué)之一，承擔(dān)著包括863計(jì)劃、973計(jì)劃在內(nèi)的眾多國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，設(shè)有理論化學(xué)、汽車動(dòng)態(tài)模擬、超硬材料等數(shù)十個(gè)國(guó)家級(jí)、部級(jí)和省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。為了盡快實(shí)現(xiàn)成為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際知名的高水平研究型大學(xué)的目標(biāo)，吉大近年來不斷加大在科研領(lǐng)域的投資，壯大科研實(shí)力。

兩種模式的選擇

計(jì)算已經(jīng)和試驗(yàn)、理論并列成為現(xiàn)代科研的三大支柱， 2009年有多個(gè)領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)成果都是在高性能計(jì)算的支持下取得的。高性能計(jì)算集群已經(jīng)成為吉林大學(xué)眾多重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事科學(xué)研究不可或缺的工具。

加強(qiáng)HPC的建設(shè)顯然是吉林大學(xué)的當(dāng)務(wù)之急，不過更為緊要的是選擇何種部署方式。當(dāng)前高�？蒲性核�普遍采用分散部署的方式，每個(gè)院系甚至每個(gè)專業(yè)都有自建自用的高性能系統(tǒng)，這些系統(tǒng)個(gè)性化強(qiáng)，能很好的滿足使用者的需求，但也帶來了很多問題，例如資源封閉不能共享，利用率不高，管理維護(hù)成本高等，而且使用者通常也必須是系統(tǒng)的維護(hù)者，他們不僅要精通自己的專業(yè)領(lǐng)域，也要了解計(jì)算機(jī)方面的技術(shù)，因此導(dǎo)致在運(yùn)維方面花費(fèi)了巨大的精力。

最終學(xué)校決定"集中資金辦大事"，斥資1300萬元建設(shè)一套超大規(guī)模的高性能集群，作為支持各個(gè)科研單位和國(guó)家重大項(xiàng)目的基礎(chǔ)平臺(tái)，這樣不僅節(jié)省投入，還可以把科研力量從高性能使用維護(hù)中解放出來，有效提高科研效率，更快地實(shí)現(xiàn)建設(shè)研究型大學(xué)的目標(biāo)。

眾口難調(diào)的挑戰(zhàn)

建設(shè)后的超算中心主要用戶包括理論化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料學(xué)院、無機(jī)合成與制備化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)學(xué)學(xué)院、集成光電子、汽車學(xué)院、超分子結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，各實(shí)驗(yàn)室使用的應(yīng)用軟件也涵蓋各個(gè)領(lǐng)域，比如計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域的Gaussian, ADF, Materials Studio, VASP, Molpro, Molcas, Amber, Grom等，分子動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的AMBER, HyperChem, ChemLab, CHARMM等，CAD/CAE領(lǐng)域的LS-DYNA, FLUENT, MATLAB等。

高性能計(jì)算本質(zhì)是并行計(jì)算。目前大多數(shù)計(jì)算軟件都比較復(fù)雜，幾乎每一款計(jì)算軟件都會(huì)對(duì)平臺(tái)有不同的要求，甚至有些軟件的在并行計(jì)算過程中有多種并行方式，而且不同的并行方式對(duì)硬件的要求也不同。比如，Gaussian本身就支持兩種并行方式，分別為單節(jié)點(diǎn)內(nèi)的OpenMP并行和節(jié)點(diǎn)間的TPC-Linda并行；

將數(shù)十個(gè)不同的應(yīng)用搭建在一個(gè)通用的平臺(tái)上，而且要保證計(jì)算、存儲(chǔ)、I/O之間的貼合顯然是一個(gè)難以解決的NP難題，這不僅需要服務(wù)器廠商對(duì)硬件的深入了解，更需要深刻把握不同使用者的實(shí)際應(yīng)用需求。

"用好，好用"比"40萬億次"更重要

針對(duì)用戶的需求，浪潮提供了基于最新英特爾®至強(qiáng)^TM5600系列處理器的天梭TS10000高性能服務(wù)器集群系統(tǒng)，該系統(tǒng)的計(jì)算能力峰值達(dá)40萬億次，整套方案以"300個(gè)刀片計(jì)算節(jié)點(diǎn)+QDR Infiniband"構(gòu)成計(jì)算模塊，10臺(tái)機(jī)架式服務(wù)器通過光纖交換機(jī)共享8Gb光纖存儲(chǔ)盤陣，并作為L(zhǎng)USTRE并行文件存儲(chǔ)系統(tǒng)統(tǒng)一負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸，登陸節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)、作業(yè)調(diào)度節(jié)點(diǎn)均通過以太網(wǎng)對(duì)整個(gè)集群進(jìn)行管理，另外還配有2個(gè)GPU計(jì)算節(jié)點(diǎn)，專職一些海量并行數(shù)據(jù)處理工作。

"高密度刀片+QDR Infiniband"構(gòu)成的計(jì)算模塊，提供了最強(qiáng)的計(jì)算能力和高帶寬、低延遲的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，在用戶應(yīng)用中，Gaussian、ADF等多種應(yīng)用的計(jì)算效率嚴(yán)重依賴處理器主頻，Amber，Grom等應(yīng)用在并行計(jì)算時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求十分苛刻。因此該計(jì)算模塊整合了多項(xiàng)最新技術(shù)最大限度的消除了系統(tǒng)瓶頸；"LUSTRE并行文件系統(tǒng)+光纖"滿足了數(shù)據(jù)密集型計(jì)算的需求。用戶的主要應(yīng)用系統(tǒng)Gaussian會(huì)產(chǎn)生很大的臨時(shí)文件，讀寫文件就會(huì)占用一半的計(jì)算時(shí)間，而8Gb的光纖高速讀寫能力，直接提高了用戶的計(jì)算速度，為用戶節(jié)省了時(shí)間。

硬件系統(tǒng)的定制化僅是第一步，應(yīng)用的部署和調(diào)試則更為專業(yè)。不同的計(jì)算軟件、計(jì)算方法，對(duì)硬件資源的要求、參數(shù)設(shè)置各不相同，要實(shí)現(xiàn)高效計(jì)算必須為每個(gè)應(yīng)用分配合理的資源，進(jìn)行合理的參數(shù)設(shè)置。如Gaussian軟件，L502（一類計(jì)算任務(wù)類型）并行計(jì)算效率很高，即使擴(kuò)展到32顆CPU效率也很高，而L906則僅在8顆CPU時(shí)效率較高。

該方案還采用浪潮自主的監(jiān)控管理系統(tǒng)，所有系統(tǒng)管理均可在界面中實(shí)現(xiàn)。除了幫助用戶部署應(yīng)用外，浪潮還利用高性能培訓(xùn)服務(wù)體系，為用戶后期的運(yùn)維和使用提供了全面的培訓(xùn)，不僅為用戶提供了好用的設(shè)備，更讓用戶用好自己的系統(tǒng)。

結(jié)束語

國(guó)內(nèi)正掀起一股超算建設(shè)熱潮，上海、天津、深圳等城市都已經(jīng)建成自己的超算中心。不可否認(rèn)，超大規(guī)模的共享平臺(tái)在提高資源利用、減少后期投入方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但"只有通用的平臺(tái)，沒有通用的應(yīng)用"，在面對(duì)數(shù)量繁多的應(yīng)用時(shí)，如何提高高性能系統(tǒng)的實(shí)際計(jì)算力則成為了主要的挑戰(zhàn)。浪潮提供的"定制方案+全程服務(wù)"的模式提供了很好的解決之道，值得借鑒。