五舟高校高性能计算集群解决方案
[导读]一．概述 随着国民经济的发展和国家科教兴国战略的制订，国家对教育事业的投入日益加大，人们也越来越清楚地看到HPC（High-PerformanceCom
一．概述
随着国民经济的发展和国家“科教兴国”战略的制订，国家对教育事业的投入日益加大，人们也越来越清楚地看到HPC（High-PerformanceComputing）高性能计算技术对于国民经济和国家综合实力发展的作用，以及高等院校在发展HPC技术和开展HPC应用方面的巨大潜力和无可取代的优势。
国家在“863计划”和“973计划”等高科技发展计划中，专门针对教育的“百亿工程”和“211工程”以及从多个5年计划中都加大了在高等院校中发展信息技术，特别是HPC技术的投入。许多高校承担了多项国家“八五”攻关、“九五”攻关、“973计划”、“863计划”、国家自然科学基金和广东省重点攻关项目等国家（省部）级大型科研项目，许多高校（无论是否“211工程”的学校）为了贯彻“教育为国民经济发展服务”方针，都积极与工农业单位和国防部门合作开展大量重大课题的研究，也形成了对HPC的迫切需求，也都纷纷设立高性能技术中心，准备购置高性能计算机。大量资金的注入、大规模的项目和实际应用需求使得中国高校成为HPC最有发展潜力的市场领域之一。
二．客户需求
众所周知，高校有着大量的人才，他们有很强的创造能力和探索能力，有着良好的学术研究氛围，这是优秀的资源。在掌握了相关的知识后，各个学院都希望通过HPC强大的计算能力计算或模拟实验运算出来的结果，来辅助完成学术和探索方面的研究和证实，这些学术和探索方面的研究课题包括生物计算，基因研究，航空航天，分子动力学，材料化学，计算化学，物理化学，结构力学，流体力学，有限元领域，气象领域，石油勘探等领域。这些课题的研究成果都是高校研究能力的重要体现。
高校专业学科应用HPC并行计算平台，可以充分利用学校的计算资源，为跟踪和研发最新的科学技术、保持和提高学校的学术水平提供良好的硬件基础。这种应用一方面迎合了高校学科对高性能计算的要求，另一方面HPC本身的集群高性价比特点降低了高校总体硬件成本，为高校直接创造价值，同时推进高校科技创新的步伐。
1.计算能力
为了在最短的时间内完成最大的计算量，不仅需要处理能力更强的处理器（特别是64位以上高精度浮点计算能力），而且需要利用集群或大规模并行处理（MPP）体系结构等系统技术、支持更多数量处理器的并行计算机系统
2.内存容量
一个每方向100节点的3维模型需要32MB内存，而每方向1000节点的3维模型就需要32GB的内存。为了提高性能，往往需要利用超大规模内存（VLM）技术把整个数组放在内存中，这就需要高达几十以至几百GB的内存容量。内存容量增加显然也要求系统提供更大的磁盘存储容量
3.系统带宽
数据量的增加促使处理器和内存、内存与磁盘间的信息交换量的急剧增加。为了能够以最快的速度传输信息，要求提供足够的系统带宽，保证内存能够及时向多个处理器提供足够的数据
4.性价比
高校毕竟不象企业一样有源源不断的企业利润，经费毕竟是有限的，利用现有的经费去构建一套高性价比的HPC方案，同时又要能满足计算能力方面的要求。
三．解决方案
1．方案设计
针对前面分析的用户需求，五舟服务器公司制定出如下的方案设计原则：
实际原则—从实际应用出发，遵照实际情况确定方案的选择与实施。
先进原则—利用先进的计算机技术建设一套完整的科学计算的集群系统。
经济原则—系统采用广泛应用且具有良好性能价格比的产品，既考虑节省投资，又保证产品的先进性和可用性。
安全原则—系统应该受到严格的安全监控，保证系统的正常运行。
扩展原则—系统支持动态扩展，在系统性能需要提升时，可以很方便地进行扩展
3．硬件配置
小型高性能计算方案：
•计算节点：五舟S423G1,双路IntelE52600系列处理器
•管理节点：五舟S427G1，双路IntelE52600系列处理器
•存储节点：五舟S427G1，本地存储6TB
•计算网络：1000M以太网络
•管理网络：1000M以太网络
•方案适用于：预算50W以下项目
四．方案优点
1．多种复合功能的节点机子系统：管理节点同时具备了管理节点、存储IO节点、登陆节点等多种功能，更加有利于用户和管理者解决问题。
2．高性能的节点机：具有内存带宽高，内存延迟低，系统访问能力强等强大的优势，在多处理器系统上体现了近乎线性的性能加速比。
3．性能价格比：随着互连网络技术的逐步提高，同时也随着CPU性能的提高，PC集群系统在价格比上较其它并行计算机系统具有较大优势，只要花去较少的钱就可以购置一个性能相同的系统。
4．可扩展性：集群系统较传统的大型计算机系统具有更好的可扩张性，用户可以根据需要将集群系统的规模扩大甚至成倍扩容，无论从CPU，内存，硬盘上还是从网络上，集群系统都更加具备灵活性。
五．五舟HPC成功案例
1.中海油西部分公司
采用产品：50颗至强3.0G处理器，用于海底石油勘探地质分析
2.中山大学物理系
采用产品：50颗至强3.0G处理器，用于科研高性能计算
3.中山大学化学系
采用产品：16颗至强3.0G处理器，用于化学科研项目计算
4.中山大学化工学院
采用产品：16颗AMD248处理器，用于化学科研项目计算
5.暨南大学化学系
采用产品：16颗AMDOpteron246处理器，用于科研高性能计算
随着国民经济的发展和国家“科教兴国”战略的制订，国家对教育事业的投入日益加大，人们也越来越清楚地看到HPC（High-PerformanceComputing）高性能计算技术对于国民经济和国家综合实力发展的作用，以及高等院校在发展HPC技术和开展HPC应用方面的巨大潜力和无可取代的优势。
国家在“863计划”和“973计划”等高科技发展计划中，专门针对教育的“百亿工程”和“211工程”以及从多个5年计划中都加大了在高等院校中发展信息技术，特别是HPC技术的投入。许多高校承担了多项国家“八五”攻关、“九五”攻关、“973计划”、“863计划”、国家自然科学基金和广东省重点攻关项目等国家（省部）级大型科研项目，许多高校（无论是否“211工程”的学校）为了贯彻“教育为国民经济发展服务”方针，都积极与工农业单位和国防部门合作开展大量重大课题的研究，也形成了对HPC的迫切需求，也都纷纷设立高性能技术中心，准备购置高性能计算机。大量资金的注入、大规模的项目和实际应用需求使得中国高校成为HPC最有发展潜力的市场领域之一。
二．客户需求
众所周知，高校有着大量的人才，他们有很强的创造能力和探索能力，有着良好的学术研究氛围，这是优秀的资源。在掌握了相关的知识后，各个学院都希望通过HPC强大的计算能力计算或模拟实验运算出来的结果，来辅助完成学术和探索方面的研究和证实，这些学术和探索方面的研究课题包括生物计算，基因研究，航空航天，分子动力学，材料化学，计算化学，物理化学，结构力学，流体力学，有限元领域，气象领域，石油勘探等领域。这些课题的研究成果都是高校研究能力的重要体现。
高校专业学科应用HPC并行计算平台，可以充分利用学校的计算资源，为跟踪和研发最新的科学技术、保持和提高学校的学术水平提供良好的硬件基础。这种应用一方面迎合了高校学科对高性能计算的要求，另一方面HPC本身的集群高性价比特点降低了高校总体硬件成本，为高校直接创造价值，同时推进高校科技创新的步伐。
1.计算能力
为了在最短的时间内完成最大的计算量，不仅需要处理能力更强的处理器（特别是64位以上高精度浮点计算能力），而且需要利用集群或大规模并行处理（MPP）体系结构等系统技术、支持更多数量处理器的并行计算机系统
2.内存容量
一个每方向100节点的3维模型需要32MB内存，而每方向1000节点的3维模型就需要32GB的内存。为了提高性能，往往需要利用超大规模内存（VLM）技术把整个数组放在内存中，这就需要高达几十以至几百GB的内存容量。内存容量增加显然也要求系统提供更大的磁盘存储容量
3.系统带宽
数据量的增加促使处理器和内存、内存与磁盘间的信息交换量的急剧增加。为了能够以最快的速度传输信息，要求提供足够的系统带宽，保证内存能够及时向多个处理器提供足够的数据
4.性价比
高校毕竟不象企业一样有源源不断的企业利润，经费毕竟是有限的，利用现有的经费去构建一套高性价比的HPC方案，同时又要能满足计算能力方面的要求。
三．解决方案
1．方案设计
针对前面分析的用户需求，五舟服务器公司制定出如下的方案设计原则：
实际原则—从实际应用出发，遵照实际情况确定方案的选择与实施。
先进原则—利用先进的计算机技术建设一套完整的科学计算的集群系统。
经济原则—系统采用广泛应用且具有良好性能价格比的产品，既考虑节省投资，又保证产品的先进性和可用性。
安全原则—系统应该受到严格的安全监控，保证系统的正常运行。
扩展原则—系统支持动态扩展，在系统性能需要提升时，可以很方便地进行扩展
2．系统架构
3．硬件配置
小型高性能计算方案：
•计算节点：五舟S423G1,双路IntelE52600系列处理器
•管理节点：五舟S427G1，双路IntelE52600系列处理器
•存储节点：五舟S427G1，本地存储6TB
•计算网络：1000M以太网络
•管理网络：1000M以太网络
•方案适用于：预算50W以下项目
四．方案优点
1．多种复合功能的节点机子系统：管理节点同时具备了管理节点、存储IO节点、登陆节点等多种功能，更加有利于用户和管理者解决问题。
2．高性能的节点机：具有内存带宽高，内存延迟低，系统访问能力强等强大的优势，在多处理器系统上体现了近乎线性的性能加速比。
3．性能价格比：随着互连网络技术的逐步提高，同时也随着CPU性能的提高，PC集群系统在价格比上较其它并行计算机系统具有较大优势，只要花去较少的钱就可以购置一个性能相同的系统。
4．可扩展性：集群系统较传统的大型计算机系统具有更好的可扩张性，用户可以根据需要将集群系统的规模扩大甚至成倍扩容，无论从CPU，内存，硬盘上还是从网络上，集群系统都更加具备灵活性。
五．五舟HPC成功案例
1.中海油西部分公司
采用产品：50颗至强3.0G处理器，用于海底石油勘探地质分析
2.中山大学物理系
采用产品：50颗至强3.0G处理器，用于科研高性能计算
3.中山大学化学系
采用产品：16颗至强3.0G处理器，用于化学科研项目计算
4.中山大学化工学院
采用产品：16颗AMD248处理器，用于化学科研项目计算
5.暨南大学化学系
采用产品：16颗AMDOpteron246处理器，用于科研高性能计算
周冰
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