《高性能工程計算平臺》建設成果介紹課件

“十五”“211工程”建設子項目《高性能工程計算平臺》建設成果介紹2006年6月“十五”“211工程”建設子項目2006年6月提高計算水平，實現(xiàn)資源共享提高計算水平——精細模擬，高速運算，有限實現(xiàn)資源共享——整合學校已有資源、集中建1.建設目標設新資源，能方便地為廣大師生使用元法解題規(guī)模達到百萬自由度以上提高計算水平，實現(xiàn)資源共享提高計算水平——精細模擬，高速運算2.技術路線網(wǎng)格是什么——網(wǎng)格是在國際互聯(lián)網(wǎng)基礎上建立的一個全新的計算平臺，它管理跨區(qū)域、跨管理域的計算機、數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設備、應用軟件等各種資源，實現(xiàn)分布資源的有效集成，并為網(wǎng)格應用提供全面的資源共享接口，提高資源利用率，滿足人們對廣域范圍內(nèi)各種資源的共享需求。采用最新發(fā)展起來的計算機網(wǎng)格技術2.技術路線網(wǎng)格是什么——采用最新發(fā)展起來的計算機網(wǎng)格技術網(wǎng)格系統(tǒng)處在分布式資源和用戶中間，作為用戶和資源之間的一個橋梁，主要作用是把用戶和資源聯(lián)系起來，提供用戶對資源的透明使用，支持全方位的資源共享。網(wǎng)格的三層結構網(wǎng)格的體系結構網(wǎng)格系統(tǒng)處在分布式資源和用戶中間，作為用戶和資源之間的一開發(fā)網(wǎng)格管理系統(tǒng)的協(xié)議、工具國際互聯(lián)網(wǎng)上使用的協(xié)議：HTTP超文本傳輸協(xié)議FTP文件傳輸協(xié)議SMTP簡單郵件傳輸協(xié)議開發(fā)網(wǎng)格管理系統(tǒng)的協(xié)議、工具萬維網(wǎng)服務相關協(xié)議：XML可擴展標記語言SOAP簡單對象訪問協(xié)議WSDL萬維網(wǎng)服務描述語言UDDI統(tǒng)一描述、發(fā)展和集成萬維網(wǎng)服務相關協(xié)議：Globus項目與Globus工具包Globus是目前國際上最有影響的與網(wǎng)格計算相關的項目之一是美國Argonne國家實驗室等科研單位的研發(fā)項目GlobusToolKit是在Globus項目研究基礎上開發(fā)出的能在多種平臺上運行的網(wǎng)格計算工具包軟件，能夠用來幫助規(guī)劃和組建大型網(wǎng)格平臺、開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應用程序?，F(xiàn)在發(fā)展到基于OGSA（開放網(wǎng)格服務結構），并融合了WebService技術的3.0版與4.0版。Globus項目與Globus工具包河海校園網(wǎng)格拓撲圖3.河海校園網(wǎng)格的體系結構河海校園網(wǎng)格拓撲圖3.河海校園網(wǎng)格的體系結構硬件資源：5個計算機集群，共86個CPU信息中心IBM刀片式服務器集群10CPU聯(lián)想服務器集群32CPU計算機學院IBM刀片式服務器集群16CPU工程力學系HP機架式服務器集群24CPU常州校區(qū)PC機集群4CPU內(nèi)存總容量110GB，磁盤總容量5600G理論峰值速度5千億次/秒（500GFLOPS）硬件資源：5個計算機集群，共86個CPUIBM集群HP服務器集群聯(lián)想服務器集群IBM集群HP服務器集群聯(lián)想服務器集群資源層的軟件資源系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)RedhatLinux編譯環(huán)境GCC（C，C＋＋，F(xiàn)ORTRAN）并行環(huán)境MPICH本地資源管理SUNGridEngine6河海校園網(wǎng)格結構圖資源層的軟件資源河海校園網(wǎng)格結構圖應用軟件商業(yè)軟件Abaqus（并行版）16CPUPFEPG（并行有限元程序生成系統(tǒng)）14CPU自研軟件AdvFEM（非線性并行有限元程序）不限CPU教學軟件FEM、BEM教學程序10余個基礎并行軟件平臺LAPACK線性代數(shù)庫SCALAPACKSK可擴展線性代數(shù)庫ARPACK稀疏矩陣特征值求解器PARPACK稀疏矩陣特征值并行求解器應用軟件基礎并行軟件平臺網(wǎng)格服務層：包括全局信息服務中心，全局資源調(diào)度中心，網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫，應用模板庫等使用GlobusToolKit4.0以及SGE6開發(fā)在網(wǎng)格層面上對底層的各種不同的分布式資源進行調(diào)度管理，執(zhí)行信息收集等功能，能夠?qū)τ脩綦[藏底層硬件資源的異構特性。網(wǎng)格服務層：包括全局信息服務中心，全局資源調(diào)度中心，在網(wǎng)客戶端服務層：對最終用戶提供服務用戶身份驗證用戶任務管理用戶信息監(jiān)控提供用戶注冊、登陸及資源注冊服務用戶管理客戶端服務層：對最終用戶提供服務用戶身份驗證提供用戶注冊、用戶可對作業(yè)進行提交、調(diào)試、查詢、下載和刪除等操作。作業(yè)管理用戶可以實時查詢資源使用情況以及監(jiān)控作業(yè)的狀態(tài)信息。信息監(jiān)控用戶可對作業(yè)進行提交、調(diào)試、查詢、下載和刪除等操作。作業(yè)管理通過Portal以Web方式和Shell方式使用網(wǎng)格資源網(wǎng)格資源服務方式Web方式服務用戶可通過Web界面使用系統(tǒng)的計算能力和信息資源。用戶只需在瀏覽器輸入網(wǎng)址：即可。4.河海校園網(wǎng)格的應用通過Portal以Web方式和Shell方式使用網(wǎng)格資源網(wǎng)Shell方式服務

通過遠程Shell方式用戶可以直接登陸到集群進行操作，這種方式能滿足用戶的更多需求。Shell方式服務

通過遠程Shell方式用戶可遠程圖形終端服務

使用戶使用更加直觀，實現(xiàn)了資源最大限度的共享。遠程圖形終端服務

使用戶使用更加直觀，實現(xiàn)了資源最大限度網(wǎng)格應用軟件庫專業(yè)軟件庫PFEPGABAQUSADV-FEM用戶自備程序提供串行并行作業(yè)和復雜作業(yè)的提交教學程序庫為廣大師生提供方便快捷的學習和應用平臺基礎并行軟件平臺提供自主開發(fā)和開源的求解器網(wǎng)格應用軟件庫專業(yè)軟件庫用戶自備程序教學程序庫基礎并ABAQUS

PFEPG專業(yè)軟件作業(yè)提交界面ABAQUS用戶自備程序提交教學程序作業(yè)提交用戶自備程序提交教學程序作業(yè)提交基礎并行軟件平臺基礎并行軟件平臺應用舉例：云南某面板堆石壩三維非線性有限元分析

用AdvFEM計算

四面體單元數(shù)

1295921

結點數(shù)

231574應用舉例：云南某面板堆石壩三維非線性有限元分析

用AdvCPU數(shù)計算時間（s）146084.44543.38156.31291.51673.7CPU數(shù)計算時間（s）146084.44543.38156.區(qū)域分解區(qū)域分解x方向位移x方向位移y方向位移y方向位移系統(tǒng)特點：高度的可擴展性；統(tǒng)一以作業(yè)形式調(diào)用底層資源；支持Web、遠程Shell客戶端服務方式以模塊庫方式實現(xiàn)預構件系統(tǒng)特點：高度的可擴展性；學術交流與培訓網(wǎng)格報告會——介紹網(wǎng)格交流網(wǎng)格協(xié)辦全國第二屆網(wǎng)格主題日(2004年12月5日)組織Sun公司網(wǎng)格計算技術研討會(2005年4月1日)舉辦校慶期間河海網(wǎng)格系列報告會(2005年10月)舉行上海超算中心并行計算講座(2006年4月1日)籌辦舉行水利高性能計算研討會(2006年6月)學術交流與培訓網(wǎng)格報告會——介紹網(wǎng)格交流網(wǎng)格人才培養(yǎng)——研究網(wǎng)格利用網(wǎng)格研究人員培養(yǎng)培養(yǎng)了10余名博士，碩士研究生從事網(wǎng)格高性能計算的研究。網(wǎng)格用戶培養(yǎng)2005年11月舉辦并行有限元程序生成系統(tǒng)（PFEPG）培訓班，共有近160人聽課。2006年5月為研究生開設《高性能計算的方法及其應用》課程（2個學分）。課程內(nèi)容及授課教師：緒論水利呼喚高性能計算（2學時）姜弘道教授第一章高性能計算概述（5學時）賀海武博士第二章Linux基礎（5學時）賀海武博士第三章MPI并行程序設計（12學時）秦忠國教授第四章網(wǎng)格計算基礎（6學時）江紅副教授第五章網(wǎng)格計算應用（6學時）姜弘道教授，秦忠國教授時間：第13周5月15日開始，共6周，每周3次課人才培養(yǎng)——研究網(wǎng)格利用網(wǎng)格研究人員培養(yǎng)學術交流——以網(wǎng)格的精神研究網(wǎng)格國內(nèi)交流

訪問了：中國科技大學、上海交通大學、上海超級計算中心、上海大學等單位的網(wǎng)格研究機構，進行了深入的學術交流；發(fā)表相關學術論文2篇國際交流2005年8月在WSEAS發(fā)表2篇論文；訪問美國、加拿大有關大學，學習、交流網(wǎng)格與高性能計算。內(nèi)華達大學：國家能源與環(huán)境超算中心先進環(huán)境科學計算網(wǎng)格AccessGrid阿克隆大學：俄亥俄超算中心阿爾伯特大學：WestGrid，AccessGrid舍布魯克大學：科學計算中心學術交流——以網(wǎng)格的精神研究網(wǎng)格國內(nèi)交流國際交流目前用戶情況：教師10余人，學生40余人，外單位1人。如：余鐘波分布式流域水文模型研究及應用嚴以新南水北調(diào)工程對長江口生態(tài)因子的影響王如云海洋潮流計算模式的研究任青文大型隧洞穩(wěn)定性分析徐衛(wèi)亞基于區(qū)間有限元的開挖支護措施非線性分析糯扎渡水電站1＃2＃導流洞開挖參數(shù)反演分析章青地下結構滲流問題分析目前用戶情況：教師10余人，學生40余人，外單位1人。如：余謝謝大家！謝謝大家！演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！“十五”“211工程”建設子項目《高性能工程計算平臺》建設成果介紹2006年6月“十五”“211工程”建設子項目2006年6月提高計算水平，實現(xiàn)資源共享提高計算水平——精細模擬，高速運算，有限實現(xiàn)資源共享——整合學校已有資源、集中建1.建設目標設新資源，能方便地為廣大師生使用元法解題規(guī)模達到百萬自由度以上提高計算水平，實現(xiàn)資源共享提高計算水平——精細模擬，高速運算2.技術路線網(wǎng)格是什么——網(wǎng)格是在國際互聯(lián)網(wǎng)基礎上建立的一個全新的計算平臺，它管理跨區(qū)域、跨管理域的計算機、數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設備、應用軟件等各種資源，實現(xiàn)分布資源的有效集成，并為網(wǎng)格應用提供全面的資源共享接口，提高資源利用率，滿足人們對廣域范圍內(nèi)各種資源的共享需求。采用最新發(fā)展起來的計算機網(wǎng)格技術2.技術路線網(wǎng)格是什么——采用最新發(fā)展起來的計算機網(wǎng)格技術網(wǎng)格系統(tǒng)處在分布式資源和用戶中間，作為用戶和資源之間的一個橋梁，主要作用是把用戶和資源聯(lián)系起來，提供用戶對資源的透明使用，支持全方位的資源共享。網(wǎng)格的三層結構網(wǎng)格的體系結構網(wǎng)格系統(tǒng)處在分布式資源和用戶中間，作為用戶和資源之間的一開發(fā)網(wǎng)格管理系統(tǒng)的協(xié)議、工具國際互聯(lián)網(wǎng)上使用的協(xié)議：HTTP超文本傳輸協(xié)議FTP文件傳輸協(xié)議SMTP簡單郵件傳輸協(xié)議開發(fā)網(wǎng)格管理系統(tǒng)的協(xié)議、工具萬維網(wǎng)服務相關協(xié)議：XML可擴展標記語言SOAP簡單對象訪問協(xié)議WSDL萬維網(wǎng)服務描述語言UDDI統(tǒng)一描述、發(fā)展和集成萬維網(wǎng)服務相關協(xié)議：Globus項目與Globus工具包Globus是目前國際上最有影響的與網(wǎng)格計算相關的項目之一是美國Argonne國家實驗室等科研單位的研發(fā)項目GlobusToolKit是在Globus項目研究基礎上開發(fā)出的能在多種平臺上運行的網(wǎng)格計算工具包軟件，能夠用來幫助規(guī)劃和組建大型網(wǎng)格平臺、開發(fā)適合大型網(wǎng)格系統(tǒng)運行的大型應用程序?，F(xiàn)在發(fā)展到基于OGSA（開放網(wǎng)格服務結構），并融合了WebService技術的3.0版與4.0版。Globus項目與Globus工具包河海校園網(wǎng)格拓撲圖3.河海校園網(wǎng)格的體系結構河海校園網(wǎng)格拓撲圖3.河海校園網(wǎng)格的體系結構硬件資源：5個計算機集群，共86個CPU信息中心IBM刀片式服務器集群10CPU聯(lián)想服務器集群32CPU計算機學院IBM刀片式服務器集群16CPU工程力學系HP機架式服務器集群24CPU常州校區(qū)PC機集群4CPU內(nèi)存總容量110GB，磁盤總容量5600G理論峰值速度5千億次/秒（500GFLOPS）硬件資源：5個計算機集群，共86個CPUIBM集群HP服務器集群聯(lián)想服務器集群IBM集群HP服務器集群聯(lián)想服務器集群資源層的軟件資源系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)RedhatLinux編譯環(huán)境GCC（C，C＋＋，F(xiàn)ORTRAN）并行環(huán)境MPICH本地資源管理SUNGridEngine6河海校園網(wǎng)格結構圖資源層的軟件資源河海校園網(wǎng)格結構圖應用軟件商業(yè)軟件Abaqus（并行版）16CPUPFEPG（并行有限元程序生成系統(tǒng)）14CPU自研軟件AdvFEM（非線性并行有限元程序）不限CPU教學軟件FEM、BEM教學程序10余個基礎并行軟件平臺LAPACK線性代數(shù)庫SCALAPACKSK可擴展線性代數(shù)庫ARPACK稀疏矩陣特征值求解器PARPACK稀疏矩陣特征值并行求解器應用軟件基礎并行軟件平臺網(wǎng)格服務層：包括全局信息服務中心，全局資源調(diào)度中心，網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫，應用模板庫等使用GlobusToolKit4.0以及SGE6開發(fā)在網(wǎng)格層面上對底層的各種不同的分布式資源進行調(diào)度管理，執(zhí)行信息收集等功能，能夠?qū)τ脩綦[藏底層硬件資源的異構特性。網(wǎng)格服務層：包括全局信息服務中心，全局資源調(diào)度中心，在網(wǎng)客戶端服務層：對最終用戶提供服務用戶身份驗證用戶任務管理用戶信息監(jiān)控提供用戶注冊、登陸及資源注冊服務用戶管理客戶端服務層：對最終用戶提供服務用戶身份驗證提供用戶注冊、用戶可對作業(yè)進行提交、調(diào)試、查詢、下載和刪除等操作。作業(yè)管理用戶可以實時查詢資源使用情況以及監(jiān)控作業(yè)的狀態(tài)信息。信息監(jiān)控用戶可對作業(yè)進行提交、調(diào)試、查詢、下載和刪除等操作。作業(yè)管理通過Portal以Web方式和Shell方式使用網(wǎng)格資源網(wǎng)格資源服務方式Web方式服務用戶可通過Web界面使用系統(tǒng)的計算能力和信息資源。用戶只需在瀏覽器輸入網(wǎng)址：即可。4.河海校園網(wǎng)格的應用通過Portal以Web方式和Shell方式使用網(wǎng)格資源網(wǎng)Shell方式服務

通過遠程Shell方式用戶可以直接登陸到集群進行操作，這種方式能滿足用戶的更多需求。Shell方式服務

通過遠程Shell方式用戶可遠程圖形終端服務

使用戶使用更加直觀，實現(xiàn)了資源最大限度的共享。遠程圖形終端服務

使用戶使用更加直觀，實現(xiàn)了資源最大限度網(wǎng)格應用軟件庫專業(yè)軟件庫PFEPGABAQUSADV-FEM用戶自備程序提供串行并行作業(yè)和復雜作業(yè)的提交教學程序庫為廣大師生提供方便快捷的學習和應用平臺基礎并行軟件平臺提供自主開發(fā)和開源的求解器網(wǎng)格應用軟件庫專業(yè)軟件庫用戶自備程序教學程序庫基礎并ABAQUS

PFEPG專業(yè)軟件作業(yè)提交界面ABAQUS用戶自備程序提交教學程序作業(yè)提交用戶自備程序提交教學程序作業(yè)提交基礎并行軟件平臺基礎并行軟件平臺應用舉例：云南某面板堆石壩三維非線性有限元分析

用AdvFEM計算

四面體單元數(shù)

1295921

結點數(shù)

231574應用舉例：云南某面板堆石壩三維非線性有限元分析

用AdvCPU數(shù)計算時間（s）146084.44543.38156.31291.51673.7CPU數(shù)計算時間（s）146084.44543.38156.區(qū)域分解區(qū)域分解x方向位移x方向位移y方向位移y方向位移系統(tǒng)特點：高度的可擴展性；統(tǒng)一以作業(yè)形式調(diào)用底層資源；支持Web、遠程Shell客戶端服務方式以模塊庫方式實現(xiàn)預構件系統(tǒng)特點：高度的可擴展性；學術交流與培訓網(wǎng)格報告會——介紹網(wǎng)格交流網(wǎng)格協(xié)辦全國第二屆網(wǎng)格主題日(2004年12月5日)組織Sun公司網(wǎng)格計算技術研討會(2005年4月1日)舉辦校慶期間河海網(wǎng)格系列報告會(2005年10月)舉行上海超算中心并行計算講座(2006年4月1日)籌辦舉行水利高性能計算研討會(2006年6月)學術交流與培訓網(wǎng)格報告會——介紹網(wǎng)格交流網(wǎng)格人才培養(yǎng)——研究網(wǎng)格利用網(wǎng)格研究人員培養(yǎng)培養(yǎng)了10余名博士，碩士研究生從事網(wǎng)格高性能計算的研究。網(wǎng)格用戶培養(yǎng)2005年11月舉辦并行有限元程序生成系統(tǒng)（P