High-PeranceLinpackHPL-高效能平行分散式系統(tǒng)室.ppt

以64位元北歐武夫電腦叢集進(jìn)行第一原理計(jì)算,國(guó)立高雄應(yīng)用科技大學(xué)電機(jī)研究所學(xué)生:王毓閔,Abstract,本文主要介紹輔仁大學(xué)物理系奈米科學(xué)模擬研究室(NSSL)建置個(gè)人電腦叢集之經(jīng)驗(yàn)、心得，以及效能測(cè)試結(jié)果，並且介紹在此研究室的個(gè)人電腦叢集上安裝測(cè)試的第一原理計(jì)算程式與運(yùn)算效能。最後計(jì)算了幾個(gè)半導(dǎo)體典型的範(fàn)例，驗(yàn)證此計(jì)算平臺(tái)之性能。,Outline,Introduction第一原則計(jì)算(firstprinciples)-密度泛函理論(DFT)歐武夫(Beowulf)個(gè)人電腦叢集建置系統(tǒng)效能測(cè)試CPU運(yùn)算效能(硬體架構(gòu))比較目前常用在連接叢集電腦的網(wǎng)路架構(gòu)頻寬High-PerformanceLinpack(HPL)NASParallelBenchmark(NPB)第一原理計(jì)算軟體測(cè)試(ABINITandVASP)未來(lái)展望,Introduction,奈米材料由於其微觀結(jié)構(gòu)在如此小的尺度下，古典理論已不敷使用，量子效應(yīng)(Quantumeffect)成為不可忽視的因素。微觀結(jié)構(gòu)對(duì)瞭解材料的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、溫度的影響、磁特性、機(jī)械特性.等，具有關(guān)鍵性的影響力。在奈米科技研究上，數(shù)值模擬愈來(lái)愈受人重視。模擬的計(jì)算量日趨龐大，我們可能會(huì)遇到記憶體不足、運(yùn)算速率慢，常常需要花費(fèi)大量時(shí)間在電腦模擬上等問(wèn)題。購(gòu)置高速運(yùn)算效能的超級(jí)電腦。向國(guó)家高速網(wǎng)路與計(jì)算中心(NCHC)申請(qǐng)使用帳號(hào)。個(gè)人電腦叢集是一個(gè)既可以滿足高速運(yùn)算的需求，又可以節(jié)省大量經(jīng)費(fèi)的解決方案，而且也不需要與其他使用者排隊(duì)等待執(zhí)行程式。,第一原則計(jì)算-密度泛函理論(DensityFunctionalTheory,DFT),利用量子力學(xué)來(lái)研究電子體的微結(jié)構(gòu),理論與模型數(shù)值計(jì)算法和執(zhí)行程式電腦,歐武夫(Beowulf)電腦叢集/overview/index.html,指利用一般市面上現(xiàn)有的商品化硬體設(shè)備，在一般電腦賣場(chǎng)都可以取得。包括個(gè)人電腦及網(wǎng)路等相關(guān)產(chǎn)品所組成，所有的設(shè)備，包括軟硬體，都不是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)；專門(mén)只為某特定廠商或某特定產(chǎn)品所生產(chǎn)。1994年，NASA為了進(jìn)行地球與太空科學(xué)研究計(jì)畫(huà)，而嘗試用低廉且易得的電腦相關(guān)零件，來(lái)組裝可支援平行計(jì)算的電腦系統(tǒng)，以應(yīng)付該計(jì)畫(huà)所需處理的大量資訊處理與計(jì)算。十六個(gè)Intel100MHzDX4網(wǎng)路則為10Mbits/sEthernet作業(yè)系統(tǒng)採(cǎi)用Linux，平行運(yùn)算與資料傳輸用MPI組裝成一個(gè)Cluster，並取名為Beowulf（戰(zhàn)狼或北歐武夫）,個(gè)人電腦叢集建置,Master內(nèi)有兩張網(wǎng)卡，一張公用IP對(duì)外，另一張私有IP對(duì)內(nèi),系統(tǒng)效能測(cè)試,影響系統(tǒng)整體運(yùn)算效能的因素有：CPU運(yùn)算效能(硬體架構(gòu))主記憶頻寬訊息傳遞速度PCI匯流速度所解線性方程組大小與數(shù)學(xué)函式庫(kù)(BLAS)的選擇,CPU運(yùn)算效能(硬體架構(gòu)),實(shí)際上CPU的內(nèi)頻並不能反映出真正的效能，不同設(shè)計(jì)架構(gòu)的CPU在執(zhí)行不同特性的程式時(shí)，會(huì)有不同的表現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果不能完全反映出所有應(yīng)用程式真正的執(zhí)行效率，但有一定的客觀性來(lái)反映運(yùn)算的效能。,比較目前常用在連接叢集電腦的網(wǎng)路架構(gòu)頻寬,High-PerformanceLinpack(HPL),HPL藉由解一個(gè)大尺度的線性方程組Ax=b(A是一個(gè)NN的矩陣)來(lái)量測(cè)效能，讓使用者依據(jù)自已的系統(tǒng)(如：記憶體容量等)調(diào)整所解的問(wèn)題大小，對(duì)整個(gè)機(jī)器做最佳化，以能得到機(jī)器的最佳效能測(cè)試結(jié)果來(lái)做為評(píng)斷的依據(jù)。TOP500list也是使用HPL。,Rmax：以HPL所測(cè)得最大的效能Rpeak：為理論上的效能，即每個(gè)運(yùn)算週期可執(zhí)行的指令數(shù)x處理器真實(shí)內(nèi)頻x處理器數(shù)量(IPCxFrequencyxNumberofprocessors)Rpeak=2HZ1.8GHz16=57.6Gflops與Formosacluster相比，平行的效能並不算差BLAS(基本線性代數(shù)常式)GOTO函式庫(kù)所測(cè)得的效能較ATLAS來(lái)得高，但未提供Athlon64的函數(shù)庫(kù)。,NASParallelBenchmark(NPB),NPB由NASA所開(kāi)發(fā)，其為解流體力學(xué)的應(yīng)用演化而來(lái)，共由八組程式所組成，這八組程式分別為：IS、FT、EP、MG、CG、LU、SP及BT，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用於平行電腦的效能測(cè)試比較。,顯示網(wǎng)路頻寬對(duì)本次的測(cè)試結(jié)果影響很大,顯示網(wǎng)路頻寬對(duì)處理器數(shù)量較多時(shí)，影響較大,第一原理計(jì)算軟體測(cè)試(ABINIT),能帶結(jié)構(gòu)與態(tài)密度,第一原理計(jì)算軟體測(cè)試(VASP),矽晶體的態(tài)密度(DensityofStates):半導(dǎo)體材料在單位體