高性能计算专业系统设计专项方案.docx
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高性能计算专业系统设计专项方案
高性能计算系统
方案设计
第1章需求分析
1.1高性能计算和大规模数据解决应用
高性能计算作为一种先进科研手段，在国内应用发展不久，得到了普遍注重，近年来国家投入逐年加大。
高性能计算应用条件已经成熟，体当前：
◆价格相对低廉高性能机群系统为高性能计算应用提供了物质基本；
◆高性能计算应用技术门槛逐渐减少；
◆国家勉励有关单位做高性能计算研究，有关投入不断加大；
◆诸多高校科研人员使用高性能计算手段，获得了较好成果。
1.1.1计算机架构
由于各学科高性能计算应用软件种类繁多，各种软件应用特点也各不相似，对计算资源需求存在差别，方案设计需要充分考虑到实际应用特点。
作为高性能计算基本设施核心，当代高性能计算机发展从20世纪70年代向量计算机开始，也已有了30年发展历程。
先后浮现了向量机、多解决器并行向量机、MPP大规模并行解决机、SMP对称多解决机、DSM分布式共享存储计算机、Constellation星群系统、Cluster集群系统、混和系统等各种主体架构，并分别在不同步期占据着应用主流。
开放Cluster集群系统具备较多优势，已经占据了当前高性能计算机主流位置，在TOP500中占据了约80%份额，在中小规模高性能计算系统中更是占据统治地位。
1.1.2软件并行特点
按照应用程序与否为并行程序，可以分为如下几类：
◆串行程序
程序运营中只有一种进程或线程。
串行程序不能运用高性能计算机各种解决器并行特点，但可以同步运营程序各种任务或算例。
◆共享内存并行程序
程序运营中可以有各种进程或各种线程，可以使用各种解决器进行并行计算。
但这种并行程序不能在分布式内存机群系统上运营。
◆消息传递并行程序
消息传递式并行程序可以在所有架构计算机上运营，可以同步使用数目诸多解决器，以加速程序运营。
在高性能集群系统上，各种程序都可以运营，可以使用集群系统一种CPU，一种节点或各种节点。
1.1.3互连网络
高性能计算系统互连网络涉及计算网络，数据IO网络，管理监控网络等。
对于并行程序来说，进程之间通信量也有着明显差别。
对于进程间通信量较小程序来说，使用高性价比千兆以太网就可以满足需求。
对于通信密集型并行程序，各种进程之间数据互换频繁，对互连网络性能规定很高，规定具备较高带宽和很低延迟，千兆以太网就不能较好满足规定，需要使用高速网络，如Infiniband，其单向带宽达到20Gb，延迟不大于2微秒。
从TOP500排行榜中咱们可以看到，千兆以太网和Infiniband网成为高性能计算机网络互联主流，特别从性能份额上来说，Infiniband网更是占据了绝大某些份额，因此在国际主流较大系统中，Infiniband计算网逐渐成为主流。
高性能网络基本性能如下
咱们可以看到，对于千兆以太网，带宽达到112MB/s，延时非常高，达到47.57us。
而使用万兆以太网，虽然带宽和延时均有明显提高，但是与Infiniband网相比，还是有较大差距。
万兆以太网使用TCP/IP合同，带宽达到770MB，延时约为12us，使用IwarpRDMA合同，性能有一定提高，带宽达到1046MB/s,延时达到7.68us。
对于Infiniband网，DDR和QDR带宽有较大差距，但是延时比较接近，分别为1.6us和1.3us。
值得注意是，QDRIPoverIB性能有了大幅提高。
1.1.4操作系统
高性能计算操作系统由最初Unix操作系统为主，当前随着集群架构逐渐广泛和Linux操作系统逐渐成熟，Linux操作系统逐渐成为高性能计算机主流，占到80%以上市场份额。
为了使得集群系统有较好兼容性，可以配备各种操作系统，如Linux（Redhat,Suse）,WindowsHPCserver等.
第2章系统方案设计
2.1方案总体设计
2.1.1系统配备表
序号
名称
技术规格
单位
数量
1
硬件某些
1.1
计算子系统
刀片平台
TC4600
原则19英寸5U机架式刀片机箱、可以支持14个计算刀片；
1*管理模块，集成远程KVM和远程虚拟媒体；
2*千兆网络互换模块，提供6个RJ45千兆接口；
4*冗余热插拔散热模块；
4*W电源（3+1冗余热拔插）；
台
5
计算刀片
CB60-G15带FDR计算刀片
2*Intel Xeon E5-2660八核处器 （2.2GHz）；
8*8GB DDR3 1333MHz；
1*300G2.5寸10000转SAS硬盘；
1*56Gb Infiniband 接口；
2*1000M以太网接口；
片
63
管理/登录节点
曙光I620r-G10
2U机架式；
2×Intel Xeon E5-2660八核处器 （2.2GHz）；
8×4GB DDR3 1333MHz；
1×300G2.5寸10000转SAS硬盘；
1×56Gb Infiniband 接口；
2×1000M以太网接口；
1*冗余电源；
1*超薄DVD-RW；
1*上架导轨；
台
2
1.2
存储子系统
存储系统
曙光DS600-G10双控FC
3U,16盘位,双控制器，4个8Gb/sFC+8个1GbISCSI主机通道,双锂电池，2*2GBCache；冗余电源；含4个SFP（8Gb）；Cache容量可升级为2*16GB；600G15000转6GbSAS硬盘*16块
套
1
1.3
网络子系统
计算网络
IB互换机
FDRInfiniband互换机，36端口
台
2
Infiniband线缆
MXMC2207310-00556GBQSFPFDR5MIB光缆
根
65
管理网络
千兆互换机
48端口互换机，10/100/1000baseT铜接口
台
2
防火墙
集群安全模块
TLFW-1000T龙芯防火墙标配6个千兆电口，1U机架。
并发连接数120万，吞吐量1G，支持SSLVPN隧道数300配合Nikey智能密钥*10：
曙光精心打造USBKey解决方案，内置8位国产安全芯片，自主开发COS。
硬件实现数字签名，私钥永不出Key。
台
1
1.4
机柜子系统
机柜系统
曙光天潮原则机柜
标配2个PDU、双侧门，无电源箱，无监控液晶触摸一体机
个
3
曙光天潮原则电源箱
380V无监控电源箱
个
1
监控系统
曙光智能机柜监控系统
支持四台机柜温湿度远程监控
套
1
曙光集群监控中心
监控液晶触摸一体机，含LCD、触摸屏、监控主机各1套，安装在机柜前面板门上
套
1
控制台
曙光集群控制台
1U手动伸缩控制台（曙光17”液晶显示屏、鼠标、键盘、8口切换器等）
套
1
视频切换系统
SKVM
SKVMIVOverIP（包括键盘鼠标）
台
1
CIM
KVM节点控制模块
个
7
2
软件某些
操作系统
Linux
SuSE Linux 公司版
套
1
集群管理系统
曙光GridView2.5
GridViewHPC版，支持系统布置、系统监控、集群管理、数据报表、统一告警、作业调度。
basicportal,包括serial和mpi，支持互动作业，作业故障自动切换重启，文献传播，查看修改文献操作。
套
65
GridviewClusQuota集群配额系统，可支持顾客机时配额管理，充值计费管理，顾客信用管理等功能。
（可选）
套
1
应用门户系统
曙光GridviewClusportal系统
包括Fluent软件作业调度
套
1
应用开发环境
编译器
GNU 编译器，支持C/C++ Fortran77/90
Intel编译器，支持C/C++Fortran
套
1
数学库
MKL，BLAS、LAPACK、ScaLAPACK、FFTW
套
1
MPI并行环境
OpenMPI（支持Infiniband和以太网MPI环境）
套
1
MPICH2（支持千兆以太网MPI环境）
套
1
2.1.2系统拓扑图
2.1.3系统方案阐明
◆计算系统CPU整体峰值性能达到17.7万亿次，可以扩展到500万亿次；
◆重要产品都采用了冗余设计（电源、电扇等），存储系统采用冗余设计，系统可靠性有较高保证；
◆系统功耗（不含空调制冷系统）不超过为,150千瓦，电费可按此核算；
◆曙光公司将为顾客提供完善服务，涉及安装调试、系统优化、顾客培训等，这些都不单独收费，顾客不必考虑这些方面费用；
◆曙光公司提供5年免费上门服务，极大减少了顾客运营维护费用；
◆曙光公司是领先专业高性能机算机及方案提供商，拥有较多成功案例，涉及百万亿次超级机算机成功案例，产品可靠性和稳定性得到了充分验证。
2.1.4需求相应分析
●先进性
本系统中，咱们使用刀片集群架构，为当前高性能发展先进趋势。
使用最新一代IntelE5-2600解决器，为当前性能最高X86解决器。
使用FDR网络，也为当前最为先进网络技术。
同步，系统中使用并行文献系统、自动功耗管理系统和HPC应用WEBpotal，均代表着HPC先进发展方向。
●高可靠、高可用需求
系统采用刀片服务器，冗余电源，双控制器存储系统、高档别RAID系统，以及核心节点HA双机，同步，高效管理监控系统也是保证系统高可靠、高可用保证。
●适合顾客应用软件需求
顾客应用软件众多，顾客众多，对计算需求大，系统共配备101TFLOPS计算能力。
针对某些应用对节点间网络需求高，配备了高带宽，低延时FDRInfiniband网。
带宽达到56Gbps，延时不大于1us。
同步，海量计算时IO并发读写量巨大，对存储容量和性能需求惊人，系统配备了并行存储系统，可以实现所有存储统一地址和并发读写。
●易使用需求
系统配备了HPCWEBPortal，可以有效减少顾客使用难度。
同步，针对系统和应用专业培训，也能提高使用人员使用水平。
针相应用软件安装调试也大大减少了顾客使用难度。
●可扩展性需求
集群架构可以保证计算系统良好扩展，同步，并行存储架构也实现对存储系统扩展。
●易管理维护需求
配备高效管理系统，支持监控、告警、管理、报表等多项功能，解决管理员后顾之忧，同步，对管理员培训和对系统运维支持，也能有效提高系统管理水平。
●节能环保需求
配备了刀片系统和高效节能系统，支持空载节点自动待机，可以有效减少能耗，协助顾客节约运维成本。
2.2计算系统
2.2.1刀片集群
系统共配备63个双路8核刀片服务器，主频2.2Ghz，双精度峰值接近17万亿次。
当前，开放集群（Cluster）系统具备较多优势，已经占据了当前高性能计算机主流位置，在TOP500中占据了80%以上份额，在中小规模高性能计算系统中更是占据统治地位。
刀片式集群系统在计算密度、功耗散热、运营成本、维护成本、可靠性等方面，都明显优于其他系统，且为系统扩容升级提供了良好基本，刀片系统优势重要体当前如下几种方面。
⏹计算密度更高
提高计算密度是刀片服务器发展重要动力之一。
对于大规模并行计算机来说，提高计算密度特别重要，刀片式集群系统有效提高了计算密度。
⏹机房规定减少
大规模高性能计算机将对机房空间提出较高规定，并且要为系统扩容升级留下空间。
刀片式集群系统实现了较高计算密度，并且有效减少了系统功耗，对系统空调等散热系统规定也相对减少。
⏹功耗散热减少
刀片服务器功耗部件较少。
刀片柜中电源将由各种刀片共享，因此会使用高效率电源，减小了系统功耗，同步产生热量减少，减少了冷却系统耗电量。
节能设计体当前曙光刀片服务器各个层
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