经典案例:北京理工大学HPC服务器案例

作者:     2010-08-20 23:30:00

北京理工大学是“理工为主,工理文协调发展”的全国重点大学。学校设有11个学院,42个研究所(中心),并建有研究生院、继续教育学院、现代远程教育学院、高等职业技术学院、西山分校和秦皇岛分校以及珠海学院和良乡校区。作为国务院首批批准授予博士、硕士学位的单位,北理工60多年来为国家培养了114615名高层次人才。

    北京理工大学高性能计算系统是将为教学科研的大型科学问题等进行并行计算和深度计算而需要建立的,属于计算密集型高性能计算项目,对LINKPACK值LINKPACK效率等要求达到最好,对研究方向所涉及的大规模高复杂性系统模型验证算法、大规模数据处理与服务等问题的研究提供有效的支撑平台,对在整个实验室运转过程中的各种高性能与大容量应用要求和服务提供支撑平台。

    从整体的角度考虑,北京理工大学引入宝德HPC系统。优势是科研项目研发要求计算周期短、整体TCO成本降低、有很好的系统扩展能力,小型机不能很好的满足发展需要。

    切实实现高性能并行计算应用分析

    高性能并行计算的应用软件位于高性能计算生态系统的最上层,针对不同的行业有专业的产品,针对各个领域的科学与工程计算应用,直接为用户创造价值。

    这些软件原来大多运行在大型主机上,是面向多个处理器、多进程、多任务的单节点软件,进程之间的通信通过大型主机操作系统的消息机制进行,消息机制的启动通过函数进行调用。

    本系统中,应用软件面向教学和科研应用领域的多个方面基于多节点IA架构系统,进程或任务之间的通信,基于多节点集群的中间件提供的并行通信库MPI,物理层是基于标准互联以太网系统。并行库的启动,通过特定的程序语句进行调用。

    高性能应用软件总体概括分类:

    √多媒体运算

    主要使用整型和双精度运算。包括图形图像处理和三维图像生成的高性能计算系统,强调计算节点的多媒体计算功能。计算科学院的大气科学和流体力学应用中需要的许多模拟仿真计算都属于这类计算。

    √科学计算

    主要使用浮点运算功能,这也是目前高性能计算系统的最主要应用领域。比如:高分子运动分析、石油勘测分析等。计算科学院的大气科学、固体力学、分子力学、流体力学、有限元分析等的主体计算都属于这类计算,这类计算需要系统具有强大的浮点运算能力。本项目的计算属于此类应用。

    √数据库应用

    主要使用逻辑计算和I/O操作。包括数据库集群系统和网格数据库系统的应用。强调计算节点有很强的I/O处理能力,同时,整个高性能计算系统具有足够的外接存储空间。本系统结合此类应用,奠定未来网格计算的基础。

    在Intel的支持下,宝德科技、北京理工大学以及Intel三方以宝德IA64位双路安腾2为计算节点的宝德PowerCluster8000I高性能计算机系统,采用免费OSCAR中间件实现节点管理、任务分发和集群监控,使用InfinibandMPI的优化通信库模块来实现节点之间的进程通信,近乎达到大型机中多进程间消息传输机制的效率,再加上一套完整的Intel优化编译工具和函数库等软件来优化数科院的应用,使系统的性能得到充分的发挥,成为高校高性能计算系统推广的表率之一。

    采用基于Itanium2处理器的计算平台和Infiniband互联网络,在多个测试实例中,用Intel编译器编译应用程序和MPI库函数比用GNU编译器获得53%-60%的性能提升;

    在相同测试条件下,采用Infiniband互联网络比采用GigE网络有30.2%-38.6%的性能提升。在Infiniband计算网络环境中,处理器负荷很高,接近99%,而在GigE网络计算环境中,处理器负荷下降到60&-70%,因此可以推断,如果增加计算节点数,在Infiniband网络环境中得到的性能提升会更高。

    INTEL和宝德技术人员针对北理工的项目特点,投入极高的专注和热情,在北理项工目前期进行了详细的测试分析,提出系统优化和移植的策略,帮助客户将微分方程数值计算并行模拟器勘测系统移植到IA平台上。

    Intel还提供了系列的优化工具、编译工具、集群工具等众多高性能计算组件,为IA架构、标准互联的高性能计算系统应用提供高效率的保证,也成为北理工HPC项目成功实施的关键。

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