高性能并行計(jì)算平臺(tái)及并行計(jì)算環(huán)境概述

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1、高性能并行計(jì)算平臺(tái)及并行計(jì)算環(huán)境概述中國(guó)水利水電科學(xué)研究院信息網(wǎng)絡(luò)中心2005年8月11日內(nèi)容提要1、前言2、高性能并行計(jì)算平臺(tái)建設(shè)3、水利水電高性能計(jì)算實(shí)踐4、結(jié)語(yǔ)1、前言什么是高性能并行計(jì)算？科學(xué)家和工程師可以用它來(lái)解決一些程序規(guī)模龐大、運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)以及數(shù)據(jù)量大的科研課題。并行計(jì)算是提高服務(wù)器計(jì)算速度和處理能力的一種有效手段。計(jì)算機(jī)按照編好的程序?qū)τ?jì)算問(wèn)題進(jìn)行分解，并把分解的任務(wù)塊通過(guò)一定的方式交給不同的處理器去求解。國(guó)際發(fā)展動(dòng)態(tài)2005年6月22日公布的全球高性能計(jì)算機(jī)top500，第一名是IBM的

2、BlueGene/L，Linpack測(cè)試值為每秒136.8萬(wàn)億次，第二名是IBM的BlueGene/W，Linpack測(cè)試值為每秒91萬(wàn)億次。日本第一的高性能計(jì)算機(jī)，EarthSimulator（地球模擬器），Linpack測(cè)試值為35.6萬(wàn)億次。國(guó)內(nèi)發(fā)展動(dòng)態(tài)中國(guó)的第一名，中國(guó)氣象局的高性能計(jì)算機(jī)，Linpack值為每秒10.3萬(wàn)億次。曙光系列、神威系列、銀河系列、深騰系列中科院計(jì)算所、曙光公司和上海超級(jí)計(jì)算中心三方共同研制的曙光4000A，Linpack測(cè)試值為每秒8.061萬(wàn)億次。聯(lián)想公司為中科院網(wǎng)

3、絡(luò)信息中心生產(chǎn)的深騰6800，共有1060顆1.3Ghz的安騰2處理器，Linpack測(cè)試值為每秒4.183萬(wàn)億次。院內(nèi)需求分析隨著工程規(guī)模的逐漸擴(kuò)大、復(fù)雜問(wèn)題求解分析的日益深入，其科學(xué)計(jì)算的“瓶頸”日趨嚴(yán)重，即使對(duì)模型和算法進(jìn)行簡(jiǎn)化，一次計(jì)算仍需要幾個(gè)小時(shí)、幾天甚至數(shù)十天的時(shí)間，這一現(xiàn)狀嚴(yán)重制約了我院水利水電學(xué)科的發(fā)展，許多工程師、教授提出的理論和設(shè)想都因?yàn)橛?jì)算能力受到限制而無(wú)法實(shí)施。課題1：小灣壩踵應(yīng)力誘導(dǎo)縫研究小灣拱壩壩底縫計(jì)算采用網(wǎng)格有20萬(wàn)個(gè)單元，總共24萬(wàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)。單機(jī)上運(yùn)行模擬計(jì)算程序時(shí)，

4、一個(gè)計(jì)算步需要將近4~5個(gè)小時(shí)，一個(gè)工況一般有30~40個(gè)計(jì)算步，總共有幾十種工況。課題2：混凝土三維細(xì)觀力學(xué)模型的研究模型1：濕篩試件靜動(dòng)態(tài)彎拉強(qiáng)度細(xì)觀力學(xué)分析研究中對(duì)試件進(jìn)行劃分，用4面體單元將細(xì)網(wǎng)格6面體單元過(guò)渡到兩邊粗網(wǎng)格6面體單元，共有24257節(jié)點(diǎn)，29952個(gè)單元，其中骨料2160個(gè)單元，固化水泥砂漿體3805單元，粘結(jié)界面14515單元以及宏觀均勻混凝土9472個(gè)單元。以上三維計(jì)算是在內(nèi)存1G，CPU為2.8G的PC機(jī)上進(jìn)行的。靜力計(jì)算耗時(shí)163小時(shí)39分，約7天時(shí)間；動(dòng)力計(jì)算耗時(shí)196

5、小時(shí)25分鐘，約8天時(shí)間。模型2：全級(jí)配試件靜動(dòng)態(tài)彎拉強(qiáng)度三維細(xì)觀力學(xué)分析剖分后的單元有骨料單元、融入小骨料后的固化水泥砂漿單元和兩者之間的界面單元，共有24257個(gè)節(jié)點(diǎn)，113920個(gè)單元。計(jì)算時(shí)間：在以上配置相同的PC機(jī)上，三維靜力計(jì)算耗時(shí)209小時(shí)50分鐘，約9天時(shí)間；動(dòng)力計(jì)算耗時(shí)291小時(shí)57分鐘，約12天時(shí)間。問(wèn)題要實(shí)現(xiàn)三維細(xì)觀力學(xué)數(shù)值計(jì)算，計(jì)算速度這一難題必須克服，通常，針對(duì)一個(gè)模型研究人員需要反復(fù)調(diào)整參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，一個(gè)算例耗時(shí)數(shù)天甚至數(shù)周簡(jiǎn)直無(wú)法忍受。上述種種計(jì)算和數(shù)據(jù)的處理對(duì)計(jì)算環(huán)境

6、提出了新的要求，如果以傳統(tǒng)的個(gè)人PC機(jī)作為計(jì)算平臺(tái)，計(jì)算的時(shí)間和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了科研的需求，甚至?xí)捎趦?nèi)存、CPU等硬件的限制而無(wú)法進(jìn)行計(jì)算。因此我院急需建設(shè)一個(gè)高性能并行計(jì)算平臺(tái)，更好的為科研項(xiàng)目服務(wù)。二、高性能并行計(jì)算平臺(tái)建設(shè)硬件平臺(tái)建設(shè)初步構(gòu)想采用Sun公司提供的SunFireSupercluster解決方案。2~4臺(tái)高性能的SunFire6800服務(wù)器作為集群節(jié)點(diǎn)。每臺(tái)服務(wù)器達(dá)到滿配置，即24個(gè)1.2GhzUltraSPARCIIICPU，192GB內(nèi)存。節(jié)點(diǎn)之間采用SunFireLinkInt

7、erconnect技術(shù)通過(guò)光纖互聯(lián)。IWHR高性能并行計(jì)算平臺(tái)硬件體系結(jié)構(gòu)SunFire6800技術(shù)指標(biāo)硬件完全冗余，可以從任何硬件故障中恢復(fù)。最多24個(gè)CPU，最大192GB內(nèi)存，32PCI或者16cPCI插槽。每臺(tái)SunFire6800機(jī)器最多分為4個(gè)域，每個(gè)域相當(dāng)于一臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)器。具有很好的線性擴(kuò)充能力，24個(gè)CPU運(yùn)行時(shí)的Linpack值是1個(gè)CPU運(yùn)行時(shí)的23.3倍。SunFireLinkInterconnectSunFireLink為一套高帶寬、低延遲的互聯(lián)系統(tǒng)，可以擴(kuò)展SunFire68

8、00系統(tǒng)的可用性。一個(gè)SunFireLink系統(tǒng)最多可以由8個(gè)SunFire6800服務(wù)器節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)由SunFireLink光纖網(wǎng)絡(luò)連接在一起，一整套軟件支持。SunManagementCenter可以為SunFireLink網(wǎng)絡(luò)資源的配置、監(jiān)視與管理提供最佳可用性。我院SunFire6800現(xiàn)有配置CPU數(shù)量4*1200Mhz內(nèi)存容量8GB（16X512MBDIMMs)I/O板4個(gè)，PCI擴(kuò)展槽共32個(gè)SunStorage3510