高性能计算系统设计方案Word文档格式.docx
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◆共享存并行程序
程序运行中可以有多个进程或多个线程,可以使用多个处理器进行并行计算。
但这种并行程序不能在分布式存的机群系统上运行。
◆消息传递并行程序
消息传递式并行程序可以在所有架构的计算机上运行,可以同时使用数目很多的处理器,以加速程序的运行。
在高性能集群系统上,各种程序都可以运行,可以使用集群系统的一个CPU,一个节点或多个节点。
1.1.3互连网络
高性能计算系统的互连网络包括计算网络,数据IO网络,管理监控网络等。
对于并行程序来说,进程之间的通信量也有着显著差别。
对于进程间通信量较小的程序来说,使用高性价比的千兆以太网就可以满足需求。
对于通信密集型的并行程序,多个进程之间数据交换频繁,对互连网络的性能要求很高,要求具有较高的带宽和很低的延迟,千兆以太网就不能很好满足要求,需要使用高速网络,如Infiniband,其单向带宽达到20Gb,延迟小于2微秒。
从2010TOP500排行榜中我们可以看到,千兆以太网和Infiniband网成为高性能计算机网络互联的主流,尤其从性能份额上来说,Infiniband网更是占据了绝大部分的份额,所以在国际主流的较大系统中,Infiniband计算网逐渐成为主流。
高性能网络的基本性能如下
我们可以看到,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显著提高,但是与Infiniband网相比,还是有较大差距。
万兆以太网使用TCP/IP协议,带宽达到770MB,延时约为12us,使用Iwarp的RDMA协议,性能有一定提升,带宽达到1046MB/s,延时达到7.68us。
对于Infiniband网,DDR和QDR的带宽有较大差距,但是延时比较接近,分别为1.6us和1.3us。
值得注意的是,QDR的IPoverIB的性能有了大幅的提升。
1.1.4操作系统
高性能计算的操作系统由最初的Unix操作系统为主,目前随着集群架构的逐渐广泛和Linux操作系统的逐渐成熟,Linux操作系统逐渐成为高性能计算机的主流,占到80%以上的市场份额。
为了使得集群系统有较好的兼容性,可以配置多种操作系统,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系统配置表
序号
名称
技术规格
单位
数量
1
硬件部分
1.1
计算子系统
刀片平台
TC4600
标准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*千兆网络交换模块,提供6个RJ45千兆接口;
4*冗余热插拔散热模块;
4*2000W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
8×
4GB
1×
300G2.5寸10000转SAS硬盘;
56Gb
1000M以太网接口;
1*冗余电源;
1*超薄DVD-RW;
1*上架导轨;
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
1.3
网络子系统
计算网络
IB交换机
FDRInfiniband交换机,36端口
Infiniband线缆
MXMC2207310-00556GBQSFPFDR5MIB光缆
根
65
管理网络
千兆交换机
48端口交换机,10/100/1000baseT铜接口
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:
曙光精心打造的USBKey解决方案,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。
1.4
机柜子系统
机柜系统
曙光天潮标准机柜
标配2个PDU、双侧门,无电源箱,无监控液晶触摸一体机
个
3
曙光天潮标准电源箱
380V无监控电源箱
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
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
控制台
曙光集群控制台
1U手动伸缩控制台(曙光17”液晶显示器、鼠标、键盘、8口切换器等)
视频切换系统
SKVM
SKVMIVOverIP(包含键盘鼠标)
CIM
KVM节点控制模块
7
软件部分
操作系统
Linux
SuSE
Linux
企业版
集群管理系统
曙光GridView2.5
GridViewHPC版,支持系统部署、系统监控、集群管理、数据报表、统一告警、作业调度。
basicportal,包含serial和mpi,支持互动作业,作业故障自动切换重启,文件传输,查看修改文件操作。
GridviewClusQuota集群配额系统,可支持用户机时配额管理,充值计费管理,用户信用管理等功能。
(可选)
应用门户系统
曙光GridviewClusportal系统
包含Fluent软件作业调度
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
数学库
MKL,BLAS、LAPACK、ScaLAPACK、FFTW
MPI并行环境
OpenMPI(支持Infiniband和以太网的MPI环境)
MPICH2(支持千兆以太网的MPI环境)
2.1.2系统拓扑图
2.1.3系统方案说明
◆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;
◆主要产品都采用了冗余设计(电源、风扇等),存储系统采用冗余设计,系统的可靠性有较高保证;
◆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;
◆曙光公司将为用户提供完善的服务,包括安装调试、系统优化、用户培训等,这些都不单独收费,用户不必考虑这些方面的费用;
◆曙光公司提供5年免费上门服务,极大降低了用户的运行维护费用;
◆曙光公司是领先的专业高性能机算机及方案提供商,拥有较多的成功案例,包括百万亿次超级机算机的成功案例,产品的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,我们使用的刀片集群架构,为目前高性能发展的先进趋势。
使用的最新一代IntelE5-2600处理器,为目前性能最高的X86处理器。
使用的FDR网络,也为目前最为先进的网络技术。
同时,系统中使用的并行文件系统、自动功耗管理系统和HPC应用WEBpotal,均代表着HPC的先进的发展方向。
●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、高级别RAID系统,以及关键节点的HA双机,同时,高效管理监控系统也是保证系统高可靠、高可用的保证。
●适合用户应用软件需求
用户应用软件众多,用户众多,对计算需求大,系统共配置101TFLOPS的计算能力。
针对部分应用对节点间网络需求高,配置了高带宽,低延时的FDRInfiniband网。
带宽达到56Gbps,延时小于1us。
同时,海量计算时的IO并发读写量巨大,对存储的容量和性能需求惊人,系统配置了并行存储系统,能够实现所有存储的统一地址和并发读写。
●易使用需求
系统配置了HPCWEBPortal,可以有效降低用户使用难度。
同时,针对系统和应用的专业培训,也能提高使用人员的使用水平。
针对应用软件的安装调试也大大降低了用户的使用难度。
●可扩展性需求
集群的架构可以保证计算系统的良好扩展,同时,并行存储的架构也实现对存储系统的扩展。
●易管理维护需求
配置高效管理系统,支持监控、告警、管理、报表等多项功能,解决管理员的后顾之忧,同时,对管理员的培训和对系统的运维支持,也能有效提高系统的管理水平。
●节能环保需求
配置了刀片系统和高效节能系统,支持空载节点的自动待机,能够有效降低能耗,帮助用户节省运维成本。
2.2计算系统
2.2.1刀片集群
系统共配置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。
目前,开放的集群(Cluster)系统具有较多的优势,已经占据了目前高性能计算机的主流位置,在TOP500中占据了80%以上的份额,在中小规模的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,都明显优于其它系统,且为系统的扩容升级提供了良好的基础,刀片系统的优势主要体现在以下几个方面。
⏹计算密度更高
提高计算密度是刀片服务器发展的主要动力之一。
对于大规模并行计算机来说,提高计算密度尤其重要,刀片式集群系统有效提高了计算密度。
⏹机房要求降低
大规模高性能计算机将对机房空间提出较高的要求,并且要为系统的扩容升级留下空间。
刀片式集群系统实现了较高的计算密度,并且有效降低了系统功耗,对系统空调
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