浪潮高性能計算：讓煤炭研究“三觀”更具象

盡管我國努力調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，試圖降低煤炭在一次能源中的比重，但是“富煤貧油”的能源礦藏國情決定了，煤炭在我國可預(yù)見的長期能源結(jié)構(gòu)中仍將占主導(dǎo)地位。因此，如何高效清潔地利用煤炭資源將是我國能源工作面臨的一個大課題，對能源安全與霧霾治理等都有著重要意義。與此同時，除了發(fā)電和熱利用之外，新興的煤化工(煤制油品、天然氣和烯烴等化工產(chǎn)品)已經(jīng)成為一種重要的煤炭利用方式，利用相對豐富的煤炭資源開發(fā)煤基替代燃料與化工產(chǎn)品也符合我國的戰(zhàn)略利益。

煤炭研究的“三觀”

中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所是高技術(shù)基地型研究所，主要從事能源環(huán)境、先進材料和綠色化工三大領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)和高技術(shù)研究與開發(fā)，其對催化、反應(yīng)工藝的研究是為了讓煤炭的深加工效率更高，減少加工過程的損耗，以此實現(xiàn)能源的節(jié)約。比如說，在能源環(huán)境與潔凈煤技術(shù)方面，通過對煤加壓氣化和分級轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究，人們可以生產(chǎn)合成氣和燃料氣并通過進一步加工得到天然氣和汽油，這種方式可以實現(xiàn)煤炭向清潔能源的轉(zhuǎn)化。而對高性能碳纖維技術(shù)的研究，則可以進一步提供碳纖維的各類性質(zhì)和產(chǎn)能。目前，碳纖維已在軍事、工業(yè)、民用的各個領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用，如飛機制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電葉片等工業(yè)領(lǐng)域、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業(yè)機器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等，球棒和自行車車架則是民用領(lǐng)域比較典型代表。

為了更好的開展研究，山西煤炭化學(xué)研究所基于仿真技術(shù)搭建“煤轉(zhuǎn)化過程仿真平臺”，通過計算機模擬和相關(guān)實驗，在微觀-介觀-宏觀層次上研究煤轉(zhuǎn)化過程中的熱力學(xué)和動力學(xué)行為，傳遞-流動-化學(xué)反應(yīng)之間的相互作用和耦合行為，為煤轉(zhuǎn)化核心技術(shù)的發(fā)展和集成創(chuàng)新提供科學(xué)指導(dǎo)和依據(jù)，并最終形成煤轉(zhuǎn)化相關(guān)的能源環(huán)境新材料與新技術(shù)。

在對煤炭催化、反應(yīng)等工藝的研究過程中，山西煤炭化學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)，原有的設(shè)備已無法滿足整套模型對運算能力的需求，導(dǎo)致模型中的大量復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程計算緩慢，嚴(yán)重阻礙了研究的進展。因此，山西煤炭化學(xué)研究所迫切需要一個高運算能力、高穩(wěn)定性、高安全性的高性能計算平臺，完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)模擬計算任務(wù)。同時，該所也希望通過統(tǒng)一的資源調(diào)度實現(xiàn)高性能計算云服務(wù)，將優(yōu)勢資源進行共享，按需為課題組科研團隊提供高性能模擬計算資源，為不同研究領(lǐng)域及時交流與協(xié)同研究提供基礎(chǔ)信息技術(shù)支撐。

浪潮HPC加速“煤三觀”研究

針對山西煤炭化學(xué)研究所的需求，浪潮采用了TS10000高性能計算集群解決方案，系統(tǒng)的整體峰值計算能力達到CPU雙精度理論浮點峰值每秒21.12萬億次，存儲系統(tǒng)容量為 231TB，成功的滿足了客戶提出的高性能計算需求。浪潮構(gòu)建的整個數(shù)據(jù)模擬計算系統(tǒng)(+微信關(guān)注網(wǎng)絡(luò)世界)，由40個計算節(jié)點、10個大內(nèi)存計算節(jié)點、2臺管理登陸節(jié)點、1套并行文件系統(tǒng)存儲、1套全線速FDR IB計算網(wǎng)絡(luò)、1套千兆以太網(wǎng)管理網(wǎng)絡(luò)以及部署于集群系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)組成，架構(gòu)合理、性能強大。

浪潮高性能事業(yè)部總經(jīng)理劉軍表示，該系統(tǒng)的構(gòu)建主要遵從用戶的實際需求，秉承先進性、成熟性、可靠性、以及可擴展性的原則，不僅能夠滿足目前業(yè)務(wù)的需要，還能適應(yīng)未來技術(shù)發(fā)展的趨勢，具備實用性與高性價比特點，可有效保護用戶的投資。此次高性能計算系統(tǒng)的成功構(gòu)建，再一次說明了浪潮高性能解決方案的獨特優(yōu)勢。

據(jù)了解，浪潮在山西煤炭化學(xué)研究所的超算平臺中應(yīng)用了諸多創(chuàng)新技術(shù)，如在平衡創(chuàng)新和可靠性上采用了冗余設(shè)計方法，每個創(chuàng)新部件都有成熟的產(chǎn)品部件與之對應(yīng)，使高性能計算機的可擴展性得到很大的提高，保證了應(yīng)用飽和狀態(tài)下性能持續(xù)穩(wěn)定。同時，無論是主機系統(tǒng)還是存儲系統(tǒng)都具有模塊化擴展的功能，能使系統(tǒng)進行平滑、線性的擴展。此外，基于浪潮-英特爾中國并行計算聯(lián)合實驗室的優(yōu)勢資源，浪潮并行計算應(yīng)用軟件的調(diào)試、調(diào)優(yōu)架構(gòu)師根據(jù)山西煤炭化學(xué)研究所的實際情況，為整套系統(tǒng)的應(yīng)用予以深度優(yōu)化，進一步提升了系統(tǒng)運行的速度和效率。

山西煤炭化學(xué)研究所負責(zé)人表示：“浪潮為我們提供了一套完善的高性價比、高可用性、高擴展性的計算機集群系統(tǒng)，為我們的科研提供了高效、穩(wěn)定的計算機服務(wù)平臺。”