abaqus小型并行计算集群平台的构建方法

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1、Abaqus小型并行计算集群平台的构建方法阚圣哲，陈国兴(南京工业大学岩土工程研究所，江苏南京210009)摘要：介绍了一个基于EM64T硬件构架、双路IntelXeon处理器、Linux操作系统和64位Abaqus软件的32CPU并行计算集群平台的构建方法。以岩土工程动力分析模型为例，测试了集群各构件对集群整体性能的影响。关键词：并行计算；集群构建；动力分析0引言0.1当代并行计算系统的构架目前常用的并行计算机是对称多处理机(smp)和集群系统(cluster)。常见的搭载单颗多核处理器的桌面个人计算机

2、就属于smp；cluster是一种通过局域网络将多台计算机连接起来协同工作的并行计算系统，可以用普通个人电脑(PC)、工作站(workstation)或者smp来组建cluster。smp与cluster最大的区别在于：smp中内存地址具有单地址空间，各处理器可以平等地调用共享内存、I/O设备和操作系统等各种资源；cluster中内存实际分布在各个节点上，处理器读取本地节点的内存时数据通过总线传输，延时低，处理器读取其它节点的内存时数据通过局域网络传输，延时高。smp支持的最大处理器数一般不超过10个[1

3、]，因此smp只能作为小型的并行计算系统。cluster利用局域网络进行处理器间通信的方法虽然能提高并联的处理器数，但也因局域网络的带宽和延时限制了集群的性能，目前集群技术适合搭建100颗处理器以下级别的并行计算系统[1]。目前smp结构的服务器一般是搭载多核处理器的双路或四路服务器，但真正的八路或十六路服务器产品非常少见。一些smp结构的小型机可以并联更多的处理器，但是其价格昂贵，后期维护复杂。cluster可以使用商业化大生产的多路服务器来构建。双路或四路服务器是很好的选择，该类服务器价格低廉、性能优

4、异，用来构建cluster可以获得很好的性能/价格比。所以在科学计算领域，cluster非常流行，在TOP500中很大一部分并行计算系统都是cluster。此外还有一些阵列处理机、向量处理机，可能不兼容常用的x86程序，所以应用上具有局限性。目前提出的GPU加速技术，需要开发新的程序来使用该技术，用在运行商业程序的集群上也不适用。1基于Abaqus软件的数值模拟并行计算集群平台的建立1.1集群系统的结构集群中的每台计算机设备都称为集群的节点(node)，有时各节点在功能上具有分工，那么各节点可以依照功能划

5、分为管理节点、计算节点、I/O节点等；有时一个节点也可能实现多个功能，例如小型集群可以将I/O、存储、管理等功能都放在一个节点上，这个节点就可以称为主节点。与smp相比，集群更具有可扩放性：增加集群中处理器数量只需要增加集群的节点。本文中构建的集群采用机架式设备组建，按功能分为四类节点：计算节点、管理节点、存储节点和网络节点。其具体的硬件配置见表1。其拓扑结构图见图1。图1显示了该集群系统及其主要附属设备。除集群各类节点外，电源系统、监视系统和冷却系统也是维持集群正常工作的重要附属设备。表1并行计算数值模

6、拟集群平台的节点硬件参数4台DELLPE1950或DELLPE2950双路四核机架式服务器处理器每台搭载2颗3GHzIntelXeonProE5450或计算节点X5365处理器内存每台8GBDDRⅡ667MHz全缓冲ECC效验内存硬盘每台2块SAS15000转146GB硬盘组建RIAD0网卡每台双1Gb以太网卡，支持链路聚合与巨型帧1台DELLPERCISION670双路双核工作站管理节点处理器2颗IntelXeon3.2G处理器内存4GBDDRⅡ400MHzECC效验内存显卡NVIDIAQuadroFX

7、1400专业显卡1台QNAPTS-809U-RP网络附加存储器处理器IntelCore2Duo2.8GHz处理器存储节点闪存/内存128MFLASH/2GDDRⅡ硬盘8块SATAⅡ1TB企业级硬盘，组建RIAD5网卡双1Gb以太网卡，支持链路聚合与巨型帧1台DELLPowerConnect2724千兆以太网络交换机网络节点交换能力最大48Gbps交换速度链路聚合功能6个组的链路聚合，每组最多4个端口巨型帧功能支持标准的9k巨型帧管理节点 网络节点监控系统：KVM和显示器、键盘、鼠标 计算节点电源系统：PD

8、U和UPS图1集群系统的结构图0.1计算节点的选择在构建基于Abaqus软件并行计算数值模拟集群平台时，硬件选择方面如何兼顾显式计算和隐式计算是首先需要考虑的问题。显式算法和隐式算法在并行计算性能特性方面有很大的差异。显式算法的并行性能好，但是，如果模型网格划分很细致，则计算的时步需要取值很小；隐式计算的并行性能稍差，CPU间通信多，但模型所取的计算时步和网格尺寸都可以大一些，时间步长甚至是同类问题显式算法模型的1000倍。表