超级计算中心的建设和运营模式讲义45页.pptx
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1、超级计算中心的建设和运营模式曙光信息产业(北京)有限公司2009年10月报告人:聂华建设超算中心成为国家/地区战略任务超算中心规划和建设方式云计算中心的运营服务模式探讨机遇与挑战主题8/26/202428/26/20243“战略计算”一词首次出现在1995年美国为了确保核库存的性能、安全性、可靠性而实施的“加速战略计算创新(ASCI)计划”。ASCI共投资10亿美元,主要参与者有Sandia、Los Alamos、Lawrence三个国家实验室和Stanford、Chicago等五所大学,在工业界选择了IBM、Intel、SGI和Cray四个合作伙伴。ASCI计划为DOE提供了5台10-100
2、TFlops的超级计算机,其中包括我们熟悉的Intel ASCI Red、IBM ASC Purple等。20年来,美国最大的超级计算机全部部署于DOE的国家实验室。“超级计算”是美国的“国家战略”超级计算保障科技和技术领先超级计算保障科技和技术领先活跃的经济创造超级计算需求活跃的经济创造超级计算需求超算中心是计算能力主要载体超算中心是计算能力主要载体过去18个月美国利用超级计算机获得的主要科技突破:解密蛋白质表面结构的特殊作用,为新药研制提供用力的帮助 理解火焰中气体/热能/化学反应燃烧三者关系,促进清洁能源研究 高温超导材料获得一系列理论突破 上述成果将对生物、制药、新能源、新材料等工业领
3、域产生深远影响,是美国未来竞争力的主要保障“计算科学利用先进计算能力去理计算科学利用先进计算能力去理解和解决复杂问题,是确保科学领解和解决复杂问题,是确保科学领导地位、经济竞争力和国家安全的导地位、经济竞争力和国家安全的关键。关键。”美国总统信息咨询委员会报告中国的“两弹一星”、“载人航天”、科技进步、经济腾飞也都离不开“超级计算机”的支撑。发达国家垄断超级计算机资源发达国家垄断超级计算机资源超级计算是国家/地区核心竞争力的重要标志8/26/20245主要国家均有由政府投资兴建营运超级计算中心 保障计算资源先进性 保障计算资源使用的合理性 保障技术服务的专业性 韩国超算中心韩国超算中心 30万
4、亿次万亿次 芬兰超算中心芬兰超算中心 86万亿次万亿次 美国圣地亚哥超算中心美国圣地亚哥超算中心 42万亿次万亿次美国国家超算应用中心美国国家超算应用中心 164万亿次万亿次 西班牙巴塞罗那超算中心西班牙巴塞罗那超算中心 94万亿次万亿次 美国德州超算中心美国德州超算中心 580万亿次万亿次 德国尤利希研究中心德国尤利希研究中心 1000万亿次万亿次 美国新墨西哥超算中心美国新墨西哥超算中心 170万亿次万亿次 中科院超级计算中心中科院超级计算中心 140万亿次万亿次上海超级计算中心上海超级计算中心 200万亿次万亿次 日本东京工业大学日本东京工业大学GSIC 170万亿次万亿次国内外超算中心
5、的建设和发展8/26/20246“超级计算机”的“中国力量”:曙光、银河、神威1983年,国防科大研制成功每秒1亿次“银河”巨型机。1992年,国防科大研制成功每秒10亿次“银河II”巨型机。1995年,中科院计算所研制成功每秒25亿次MPP计算机-曙光1000。1997年,国防科大研制成功“银河III”百亿次巨型机。1999年,国家并行机工程中心研制成功每秒3840亿次的“神威I”。2004年,每秒10万亿次“曙光4000A”超级计算机研制成功,列Top500第10位,标志中国继美、日后,进入世界超算领域前列。2008年,每秒230万亿次“曙光5000A”超级计算机研制成功,再次入围全球TO
6、P500前10名。2009年,国防科大研制成功每秒1.2千万亿次的“天河一号”,受到国人瞩目。“超级计算机”在中国的发展8/26/20247超级计算超级计算工业创新科学研究商业金融商业金融社会与公众服务国家和社会安全超级计算日益成为现代社会运行的基柱8/26/20248超级计算超级计算工业创新科学研究商业金融商业金融社会与公众服务国家和社会安全广泛应用于汽车、飞机、船舶、钢铁、广泛应用于汽车、飞机、船舶、钢铁、石油、新能源、集成电路等众多领域。石油、新能源、集成电路等众多领域。增加材料产品率增加材料产品率 25%25%降低工程技术成本降低工程技术成本 13%30%13%30%降低人工成本降低人
7、工成本 5%20%5%20%增加设备利用率增加设备利用率 30%60%30%60%缩短产品研发周期缩短产品研发周期 30%60%30%60%美国国家科学院工程技术委员会报告美国国家科学院工程技术委员会报告工业创新超级计算日益成为现代社会运行的基柱8/26/20249超级计算超级计算工业创新科学研究商业金融商业金融社会与公众服务国家和社会安全物理,化学,天文,新材料,生物医物理,化学,天文,新材料,生物医药等众多领域的药等众多领域的主要研究途径主要研究途径之一;之一;宇宙行星、微观粒子、高温高压等难宇宙行星、微观粒子、高温高压等难以实验领域进行以实验领域进行创新研究的唯一途径创新研究的唯一途径。
8、科学研究超级计算日益成为现代社会运行的基柱8/26/202410超级计算超级计算工业创新科学研究商业金融商业金融国家和社会安全社会与公众服务交易实时处理,金融模拟分析,商业交易实时处理,金融模拟分析,商业数据挖掘,物流与生产排程规划等。数据挖掘,物流与生产排程规划等。在发达国家,金融是超级计算最重要在发达国家,金融是超级计算最重要的应用领域之一;美国有超过的应用领域之一;美国有超过10%10%的的超级计算机部署在各大金融机构。超级计算机部署在各大金融机构。商业金融超级计算日益成为现代社会运行的基柱8/26/202411超级计算超级计算工业创新科学研究商业金融商业金融社会与公众服务国家和社会安全
9、天气预报、传染病扩散、大型集会安天气预报、传染病扩散、大型集会安全分析、社会动力学、宏观经济学等。全分析、社会动力学、宏观经济学等。基于数学模型使用超级计算机进行数基于数学模型使用超级计算机进行数值模拟是上述领域从值模拟是上述领域从定性到定量定性到定量,获,获得更可信结果的得更可信结果的唯一手段唯一手段。社会与公众服务超级计算日益成为现代社会运行的基柱8/26/202412超级计算超级计算工业创新科学研究商业金融商业金融社会学国家和社会安全先进武器设计与测试,核物理模拟,先进武器设计与测试,核物理模拟,密码情报分析,信号与图像处理等。密码情报分析,信号与图像处理等。国家安全和社会稳定的国家安全
10、和社会稳定的重要保障重要保障。国家与社会安全超级计算日益成为现代社会运行的基柱8/26/202413计算模拟与传统的理论分析和观察实验是当今进行科研创新的三大支柱计算,创造未来8/26/202414超算中心的建设,因为技术含量高、功能强,能够承载高端的科技应用,聚集高水平的人才,必将提升超算中心所在城市地方科技实力。超级计算中心建设一般规模较大,应用可以辐射周边区域,相邻区域重复建设难度大,所以抢占超算中心建设先机,争夺区域科技发展的引领地位、争取高端产业聚集对建设中心城市至关重要。高性能的超级计算中心建设,可以吸引聚集需要高性能计算平台的高端应用,提升区域科研水平,增强企业的核心竞争力,进而
11、推动城市地方经济建设。超算中心所完成的关键性高端科研项目提升城市显示度和美誉度。具有高性能的超级计算平台,可以作为吸引、引进高端人才的硬件条件,提升城市的教育、科研水平和质量。高性能的超级计算机作为IT基础设施,可以改善区域投资环境,促进城市招商引资。超算中心建设因何成为城市争夺的热点8/26/202415曙光50005个中科院超算分中心曙光5000A上海超算中心已完成2期、3期曙光6000华南(深圳)超算中心曙光5000A成都超算中心曙光4000A甘肃超算中心已完成1期、2期曙光5000北京市计算中心互联网其他:广州超算中心、沈阳超算中心等建设规划已进行立项论证曙光机在国内超算中心中全面部署
12、建设超算中心成为国家/地区战略任务超算中心规划和建设方式云计算中心的运营服务模式探讨机遇与挑战主题8/26/2024168/26/202417第一阶段:前期调研成立筹备组本地高性能计算需求分析厂商技术方案及案例调研第二阶段:可行性研究编写项目建议书,组织评审编写可行性研究报告及评审第三阶段:立项编写项目建设方案及评审政府批准立项第四阶段:土建及选型设备选型及签订合同土建招投标及施工(若有)第五阶段:安装调试机房基础设施准备超级计算机软硬件系统集成技术培训第六阶段:交付运行试运行正式交付超算中心的建设流程8/26/202418面向教育、科研、企业以及政府等单位提供随需应变的计算资源、存储资源和软
13、件资源技术支持服务并行编程,程序移植高性能计算相关软件的应用高性能计算系统环境的使用(作业管理系统、开发环境)高级技术咨询服务和共性技术开发并行软件、专用软件、共享或商业软件的用户定制开发提供高级数学建模、算法设计服务提供虚拟产品设计中以CAE应用(结构分析,流体分析,热分析,电磁场分析,或多场耦合分析)为核心的工程咨询服务培训服务:系统技术,并行编程,计算方法,软件使用,网格计算等为高性能计算机硬件厂商、应用软件厂商提供演示体验中心、用户测试等外包服务为各类欲购置或自行搭建高性能计算平台的用户提供第三方技术咨询软件传播、交流和共享服务。超算中心的核心业务规划8/26/202419建设超级计算
14、中心绝不等同于购置一台高性能计算机,还需要做多方面的系统、业务建设以确保服务质量和使用效率土建、基础设施建设、改造超级计算机系统软件、应用支持人员队伍建设服务运营机制超算中心建设的“复杂性”商业软件资源需求举例8/26/202420序号序号 软件名称软件名称 描述描述 1 FLUENT 通用计算流体力学分析软件 2 LS-DYNA 瞬态响应动力学分析软件 3 PAM-CRASH 瞬态响应动力学分析软件 4ANSYS.Multiphysics 多物理场耦合分析软件 5 NASTRAN 通用有限元分析软件 6 MARC 非线性有限元分析软件 7 FEKO 高频电磁场分析软件 8 STAR-CD 通
15、用计算流体力学分析软件 9 CFX 通用计算流体力学分析软件 10 OPTIMUS 过程集成与优化设计软件 11 HyperWorks 有限元前后处理和优化设计软件序号序号 软件名称软件名称 描述描述 12 ABAQUS 非线性有限元分析软件 13 IDEAS 有限元分析及前后处理软件 14 ICEM-CFD CFD前后处理软件 15 AI*ENVIRONMENT CAE前后处理软件 16 GAMBIT FLUENT配套前处理软件 17 MasterFEM 有限元前后处理软件 18 Medina 有限元前后处理软件 19 Oracle 数据库软件 20 GEFEP-P 汽车碰撞并行仿真软件 2
16、1 CADEM-P 汽车覆盖件冲压并行仿真软件8/26/202421序号序号 软件名称软件名称 描述描述 1 QCHEM 量子化学计算软件 2 NWCHEM 量子化学计算软件 3GAUSSIAN 量子化学计算软件 4 MOLPRO 量子化学计算软件 5 GAMESS 量子化学计算软件 6 CPMD 分子动力学从头计算程序 7 ABINIT 电子结构计算程序 8 VASP 分子动力学模拟 9 SIESTA 分子和固体的电子结构计算 10 WIEN2K 固体电子结构计算 11 ESPRESSO 分子动力学模拟序号序号 软件名称软件名称 描述描述 12 SMEAGOL 分子动力学模拟 13 NAMD
17、 分子动力学计算程序 14 EGO 分子动力学程序 15 GROMACS 分子动力学通用软件包 16 DOCK 分子对接程序 17 BLAST 序列相似性检索程序 18 MM5中尺度数值模式的计算程序 19 GRAPES 全球和区域气象分析预报系统 20 FDS 火灾模拟程序 21 COSMOMC 天体物理计算科学软件资源需求举例8/26/202422建设保障超算中心业务正常运行的服务和运营团队外派技术和管理人员培训学习,掌握管理与应用的相关技术。招聘高性能计算领域博、硕士研究生到中心工作,以保证超级计算中心拥有较强的技术实力,可以进行多种业务的开展。超级计算中心财务部公共关系部人力资源部技术
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