高性能计算中心需求特点与发展趋势.doc

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1、高性能计算中心需求特点与发展趋势1.需求特点高性能计算中心的建设和运维往往是由专门的IT部门承担，同吋面向部门内部和外部，甚至向社会提供高性能计算硬件、软件和服务资源。所以高性能计算中心需要往往具有以下特点：（一）应用种类多，特点复杂高性能计算中心面向的服务对象非常广泛，往往是一个高校的各个学科、或一个区域的众多科研院所。学科种类繁多，应用五花八门,由成熟商业软件、主流开源软件，还有众多自编程序。有MPI并行程序、多线程并行程序、GPU程序和众多的串行程序。对硬件资源的需求也千差万别，有计算密集、网络密集型

2、、10密集型和耦合密集型等等。（二）用户数量众多、离散度高高性能计算中心的用户不同于一般课题组或院系独立承建的计算集群，用户数量巨大，一般都在数十到数百个，管理运维方与用户之间没有比较紧密的行政关系，缺乏有效的沟通环境，导致管理与维护难度加大。（三）项目规模大、影响力强由于高性能计算中心面对服务对象的数量巨大，所以资金预算较为充裕，项目规模较大，往往达到数十万亿次甚至百万亿次。（四）运维与管理难度大由于用户数量巨大、离散度高，应用需求复杂、项目规模大、硬件软件资源丰富，给项目的管理和运维带来巨大挑战。1.技

3、术发展趋势（一）计算资源多样化由于高性能计算中心应用种类多，需求复杂，需要满足各种应用需求。对于常规的计算密集型应用，往往适合大规模的多节点并行，使用常规的刀片集群来满足。对于无法进行多节点跨节点并行的多线程应用，对内存、10需求的较为强烈，或者有特殊外插卡需求的应用，SMP胖节点可以提供单节点更强的性能，更高的内存和10扩展性需求，和广泛的外插卡扩展性，一般配置SMP胖节点来满足应用需求。同时，对于适合GPU的应用程序，GPU可以提供更高的性能和史佳的能效比。所以也会配置一定数量的高密度GPGPU节点来满

4、足GPU的特殊需求。（~）InfiniBand网络成为主流虽然并非所有的应用软件在计算过程屮对网络有较大的需求，但是依然有数量巨大的应用软件，在实现大规模并行计算吋，高带宽和低延时的InfiniBand网络会带来应用性能和扩展性的大幅提升，尤其随着CPU多核化的快速发展，单节点的计算性能越来越强，带来节点间通讯的压力越来越大‘InfiniBand网络几乎成为许多高性能计算应用的标配。同时，高性能集群对共享文件系统的需求也耍求数据通过网络來对集中存储进行访问，高带宽的InfiniBand网络也会带来数据访问性

5、能的快速增长。（三）文件系统并行化和分级化高性能计算中心应用计算能力强、应用数量多，除了一部分高10应用会给共享文件系统带来较大压力，同时，海量任务的并发读写也会带给文件系统的较大负载。同吋，海量的数据和高性能集群统一文件映像的需求，也要求高性能计算中心有一个海量的单一文件分区。目前比较常用的解决方案为并行文件系统，并行文件系统通过软件的方式能够实现多个存储空间的单一分区和并发读写，突破硬件资源设计的瓶颈，带来灵活的扩展性和性能的大幅提升。同时，面对数量巨大的用户，不同用户所享有的权限一般也会分出几个层次，

6、那么用户享有的数据安全性程度也有不同。同时，不同应用的文件访问类型也有明显不同，有的是大文件为主，有的是小文件，但是数量巨大。所以在方案设计中，最好使用分参差的分级存储。（四）管理调度系统精细化由于高性能计算中心用户数量多，权限有一定差异，离散度高，带来管理的难度加大。同时，由于计算中心的运维方主要给用户提供服务，所以对用户的使用权限、记帐、管理等方面要求比较高。所以高性能计算中心对管理软件和调度软件的要求较高，一般除了普通的调度功能外，还要可以实现灵活的策略分配和权限分配，作业记帐、用户抢占，限制用户登入

7、、报警、系统快速恢复等等功能。同时，还耍制定一定的规章制度，来规范用户对资源的申请、使用和分配。（五）节能和环保越来越重要由于高性能计算中心规模大，所以电费开支是一项不小的开销。一般一年的电量达到上万甚至数十万千瓦时，所以节能环保不但能实现设备的绿色低碳，同时也能大大降低运维费用。考虑到节能需求，建设方一般通过刀片服务器、低功耗处理器、节能软件、高制冷效率基础设施（水冷机组或封闭式制冷机柜）等方式实现绿色节能。（六）应用软件云端化高性能计算中心逐渐由向用户提供软硬件计算资源向提供服务转型。传统的HPC应用软

8、件有一定的使用难度，尤其Linux操作系统和作业提交脚本，对于大部分习惯windows的用户来说，成为摆在面前的一个技术壁垒。同吋，常规的用户通过SSH远程登录的使用模式，使得用户有很多权限可以顺利登陆到高性能集群上进行各种操作，也带来了巨大的安全隐患。定制化的、针对应用软件的WebPortal可以很好的解决这些问题。WebPortal可以大大降低应用软件使用难度，保证系统安全性，更好的为用户提供高性能计算服务。