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1、混合架構(gòu)超算平臺(tái)助力高??蒲懈咝阅苡?jì)算高性能計(jì)算是第三大科研方法高性能計(jì)算已同理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn)一起成為人類探索未知世界的三大科學(xué)手段,被 稱為支撐科學(xué)發(fā)現(xiàn)的第三個(gè)支柱,科技進(jìn)步的重要標(biāo)志之一,也是國(guó)家科技綜合實(shí)力 和高校科研創(chuàng)新能力的綜合體現(xiàn)理論 實(shí)驗(yàn)高性能計(jì)算國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略2015年7月,美國(guó)正式啟動(dòng)“國(guó)家戰(zhàn)略性計(jì)算計(jì)劃”(National Strategic Computing Initiative,NSCI),旨在使高性能計(jì)算的研發(fā)與部署最大程度地造福于經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)與科學(xué) 發(fā)現(xiàn)2015年9月,歐盟1.4億歐元資助多個(gè)高性能計(jì)算項(xiàng)目和卓越中心,開啟百億億次計(jì)算項(xiàng)目研究,歐洲超算聯(lián)盟啟動(dòng)2020

2、地平線計(jì)劃2016年5月,中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要, 推動(dòng)寬帶移動(dòng)互 聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、高性能計(jì)算、移動(dòng)智能終端等技術(shù)研發(fā)和綜合應(yīng)用高性能計(jì)算高性能計(jì)算應(yīng)用學(xué)院信息學(xué)院土木 學(xué)院生命學(xué)院大氣學(xué)院化工學(xué)院數(shù)學(xué)藥學(xué)學(xué)院院學(xué)院高校計(jì)算模擬應(yīng)用領(lǐng)域核學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 草業(yè) 院 資環(huán)物理學(xué)院學(xué)院分布雙 一 流 學(xué) 科重 點(diǎn) 學(xué) 科計(jì)算模擬特色應(yīng)用領(lǐng)域高性能計(jì)算應(yīng)用大氣沙塵對(duì)我國(guó)西北半干旱氣候影響機(jī)理的研究物理引力波探測(cè)數(shù)據(jù)處理生命干旱區(qū)與高寒區(qū)生態(tài)修復(fù)與應(yīng)用物理量子色動(dòng)力學(xué)與強(qiáng)子物理研究資源環(huán)境氣候動(dòng)力學(xué)及不同尺度氣候變化研究化學(xué)基于分子模擬、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)的藥物研究泛

3、第三極生態(tài)環(huán)境與氣候變化前沿科學(xué)中心泛第三極生態(tài)環(huán)境與氣候變化研究祁連山研究院祁連山生態(tài)環(huán)境保護(hù)管理與可持續(xù)發(fā)展西部生態(tài)安全省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心多圈層相互作用及其環(huán)境氣候效應(yīng)高性能計(jì)算情況高性能中心基本情況高性能計(jì)算中心由“十一五”、“211工程” 項(xiàng)目資助建設(shè),總投資450萬(wàn)元人民幣,于2006年9月建成,計(jì)算能力889. 6 GFlops 2011年GPU計(jì)算平臺(tái)高性能計(jì)算平臺(tái)成果研究項(xiàng)目和論文:支撐973、國(guó)家重大項(xiàng)目、科技部國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平 臺(tái)、國(guó)家自然基金等項(xiàng)目,依托平臺(tái)計(jì)算發(fā)表的論文過(guò)百篇; 百篇最具國(guó) 際影響力論文;百篇優(yōu)秀博士論文資源共享:中國(guó)教育科研網(wǎng)格China Grid

4、項(xiàng)目國(guó)際交流與合作:環(huán)太平洋網(wǎng)格中間件聯(lián)盟PRAGMA培養(yǎng)交叉學(xué)科人才:培養(yǎng)的化工學(xué)院博士中已有11人次獲得國(guó)家自然科學(xué) 基金的資助;并行應(yīng)用挑戰(zhàn)賽西北及東北賽區(qū)一等獎(jiǎng);下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 創(chuàng)新大賽三等獎(jiǎng);高性能云計(jì)算創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng);高性能計(jì)算調(diào)研高校高性能計(jì)算平臺(tái)建設(shè)情況(2013年以后)學(xué)校名稱計(jì)算能力學(xué)校名稱計(jì)算能力北京大學(xué)1000萬(wàn)億次(2017)南京大學(xué)870萬(wàn)億次 (2017)山東大學(xué)384萬(wàn)億次(2017)武漢大學(xué)300萬(wàn)億次(2016)大連理工366萬(wàn)億次(2015)中國(guó)科技大學(xué)3000萬(wàn)億次(2019)上海交通大學(xué)2300萬(wàn)億次(2019)南方科技大學(xué)2000萬(wàn)億次(2018)

5、2015年中國(guó) HPC TOP100榜單榜單最末位(第100位)的理論計(jì)算峰值370萬(wàn)億次/秒校級(jí)超算平臺(tái)規(guī)模已經(jīng)由百萬(wàn)億次到千萬(wàn)億次高性能計(jì)算調(diào)研主要學(xué)院計(jì)算資源調(diào)研情況單位軟件運(yùn)行平臺(tái)并行方式物理、化學(xué)、土木、藥學(xué)院、數(shù)學(xué)VASP、Siesta、Matlab、NAMD、GROMACS、Gaussian、Wien2k、Tensflow、Fluent等Ubuntu CentosRedhatMPI OpenMPCUDA大氣、資環(huán)學(xué)院WRF、CESM等Ubuntu CentosMPI OpenMP生命學(xué)院BWA、GATKFalco、 Blast等Ubuntu CentosOpenMP MPI高性能

6、計(jì)算調(diào)研不同應(yīng)用需要不同類型計(jì)算節(jié)點(diǎn)應(yīng)用類型配置應(yīng)用學(xué)科計(jì)算密集型高主頻CPU力學(xué),有限元分析,蒙特卡羅模擬內(nèi)存密集型高帶寬內(nèi)存基因比對(duì)、生物信息學(xué)、量子化學(xué)、 地理信息學(xué)、理論物理、電磁仿真、 分子動(dòng)力學(xué)網(wǎng)絡(luò)密集型高速IB網(wǎng)絡(luò)分子動(dòng)力學(xué)、藥物研發(fā)IO密集型高帶寬,大容量并行存儲(chǔ)氣候、資源環(huán)境模擬、基因加速型GPU卡生物信息學(xué)、計(jì)算化學(xué)、深度學(xué)習(xí)、流體力學(xué)平臺(tái)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)平臺(tái)建設(shè)挑戰(zhàn)用戶計(jì)算需求多樣性滿足多個(gè)學(xué)科應(yīng)用特點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展新模式的出現(xiàn)科學(xué)計(jì)算人工智能數(shù)據(jù)處理平臺(tái)需求校級(jí)平臺(tái)整體需求硬件環(huán)境軟 件 環(huán) 境系統(tǒng)維護(hù)需要專業(yè)級(jí)別的系統(tǒng)管理 員維護(hù),管理員技術(shù)較高;滿足不同學(xué)科需求多種架構(gòu)混

7、合集群;高性能、高擴(kuò)展性的存儲(chǔ);高帶寬、低延遲的高速網(wǎng)絡(luò);學(xué)科軟件多樣化,系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜作業(yè)調(diào)度策略復(fù)雜;使用用戶較多,加強(qiáng)集群資源管理,限制 用戶計(jì)算資源;系統(tǒng)安全要求;需要采用專業(yè)的集群管理軟件;總體建設(shè)目標(biāo)計(jì)算能力達(dá)到1000萬(wàn)億次、4PB存儲(chǔ)、100G高速網(wǎng)路的計(jì)算平臺(tái)完善的軟件環(huán)境,高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析滿足我校多個(gè)學(xué)科的計(jì)算與海量存儲(chǔ)需求建設(shè)目標(biāo)氣象環(huán)境 天氣/氣象預(yù)測(cè) 污染/臭氧空洞水文地質(zhì)生命科學(xué)醫(yī)學(xué)/生物學(xué) 基因測(cè)序/蛋白質(zhì)生態(tài)學(xué)材料學(xué)/化學(xué) 納米科學(xué) 分子動(dòng)力學(xué) 藥物設(shè)計(jì) 量子化學(xué)地球/地理地球模擬地理信息空間數(shù)據(jù)資源環(huán)境保護(hù)草業(yè)大數(shù)據(jù)分析

8、基因組轉(zhuǎn)錄組 表達(dá)量計(jì)算計(jì)算物理天體測(cè)量/天體力學(xué)引力波探測(cè)統(tǒng)計(jì)物理與復(fù)雜系統(tǒng)凝聚態(tài)物理平臺(tái)架構(gòu)本地計(jì)算中心數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)分析大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)成果共享用戶社區(qū)知識(shí)傳承資源調(diào)度權(quán)限隔離容器引擎公有云虛機(jī)引擎混合設(shè)計(jì)架構(gòu)教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)拓?fù)湔w方案拓?fù)鋱D整體浮點(diǎn)計(jì)算能力:1218萬(wàn)億次機(jī)房建設(shè)機(jī)房采用模塊化機(jī)房,占地小,供電、散熱、網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)控、消防一體化高可用性、高可靠性、高安全性、高可擴(kuò)展性智能:數(shù)據(jù)中心量化可視,信息全面 掌控平臺(tái)特色方案特點(diǎn)1-容器Docker非root用戶使用授權(quán)問(wèn)題調(diào)度管理器的資源限制無(wú)法施加到容器中MPI應(yīng)用程序在Docker上性能不高網(wǎng)絡(luò)棧對(duì)Docker私有導(dǎo)致對(duì)

9、Infiniband不完全支持SingularitySingularity對(duì)MPI支持的版本有限社區(qū)以及鏡像市場(chǎng)沒(méi)有Docker成熟和豐富Nvidia-docker一個(gè)可以使用GPU的Docker平臺(tái)特色方案特點(diǎn)1-容器產(chǎn)品功能復(fù)雜運(yùn)維解決運(yùn)維人員不得不管應(yīng)用,需要管理復(fù)雜場(chǎng)景的問(wèn)題科研效率低解決各個(gè)學(xué)院建設(shè)時(shí),用戶需要對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)維護(hù), 浪費(fèi)時(shí)間研究平臺(tái),科研效率降低的問(wèn)題需求爆炸性增長(zhǎng)解決各個(gè)學(xué)科對(duì)計(jì)算需求爆炸增長(zhǎng),應(yīng)用軟件日新 月異,計(jì)算工具五花八門的問(wèn)題人才培養(yǎng)解決社會(huì)對(duì)HPC、大數(shù)據(jù)、人工智能相關(guān)人才大量 需求,傳統(tǒng)建設(shè)方案無(wú)法支持人才培養(yǎng),問(wèn)題日益 嚴(yán)峻的問(wèn)題。平臺(tái)容器化整個(gè)平臺(tái)采用

10、統(tǒng)一的容器調(diào)度系統(tǒng),Linux的軟件、環(huán)境在 容器內(nèi)實(shí)現(xiàn),Windows的軟件、環(huán)境以虛擬化形成實(shí)現(xiàn)。場(chǎng)景鏡像化整合不同軟件、不同環(huán)境、不同場(chǎng)景,打包成不同的鏡像模板,通過(guò)應(yīng)用商店形式發(fā)布,并可進(jìn)行一鍵創(chuàng)建。場(chǎng)景共存化支持單機(jī)交互計(jì)算(命令行終端、圖形桌面應(yīng)用)、HPC調(diào) 度系統(tǒng)(Slurm、Torque、PBS )、大數(shù)據(jù)、人工智能以 及預(yù)處理、數(shù)值計(jì)算、后處理工作流模式等場(chǎng)景共存。自主可控容器為自己開發(fā),完全自主可控,可根據(jù)需求進(jìn)行不同的功能定制和開發(fā)。解決方案平臺(tái)創(chuàng)新OpenFOAM制造傳統(tǒng)業(yè)架構(gòu)TaiShanTaiShan傳統(tǒng)生架命構(gòu)科學(xué) TaiShanCANU傳氣統(tǒng)象架海構(gòu)洋WRF方案特點(diǎn)2 -基于自主可控CPU的計(jì)算集群性能提升TaiShan 2280V2 248=96核心平臺(tái)測(cè)試方案測(cè)試聯(lián)科CRCT容器、華為云泰山服務(wù)器測(cè)試CPU型號(hào)Intel(R)Xeon(R)Gold 6151 CPU 3.00GHz218 36核內(nèi)存192G網(wǎng)絡(luò)100G Infinband操作系統(tǒng)Centos7.3編譯器Intel MPI應(yīng)用Matlab 、 VASP 、 WRF 、PISM和COMOSOL服務(wù)器TaiShan2280V2(CPU : 2 * 鯤鵬 9202*48核內(nèi)存256G操作系統(tǒng)Centos7.3編譯器Open MPI應(yīng)用WRF算例2010年8月1日到30日 發(fā)生在青藏

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