高性能計(jì)算仿真云平臺(tái)建設(shè)

1、Institute of Software,Chinese Academy of Sciences高性能計(jì)算云平臺(tái)建設(shè)姚繼鋒姚繼鋒中國(guó)科學(xué)院軟件研究所中國(guó)科學(xué)院軟件研究所中科嘉速（北京）并行軟件有限公司中科嘉速（北京）并行軟件有限公司2012年年6月月29日日 廣州廣州Institute of Software,Chinese Academy of Sciences提要高性能計(jì)算中心建設(shè)的必要性高性能計(jì)算中心建設(shè)與運(yùn)維建設(shè)運(yùn)維運(yùn)營(yíng)從高性能計(jì)算到云計(jì)算Institute of Software,Chinese Academy of Sciences科研創(chuàng)新的三駕馬車物理化學(xué)生物醫(yī)藥汽車新型能源海

2、洋工程金融新型材料理論分析飛機(jī)計(jì)算模擬科研創(chuàng)新觀察實(shí)驗(yàn)船舶Institute of Software,Chinese Academy of Sciences高性能計(jì)算能力是學(xué)校科研能力的主要標(biāo)志之一計(jì)算仿真是科研的三大途徑之一物理、生物、天文、力學(xué)、新材料等眾多學(xué)科發(fā)展高度依賴于高性能計(jì)算；幾乎所有學(xué)科都可以利用計(jì)算及仿真技術(shù)計(jì)算能力至關(guān)重要，很多領(lǐng)域科研水平的高低取決于計(jì)算能力強(qiáng)弱宇宙學(xué)研究（南京大學(xué)） 湍流研究（北京大學(xué)） 材料機(jī)理研究（中國(guó)科大） Institute of Software,Chinese Academy of Sciences高性能/高端計(jì)算系統(tǒng)理應(yīng)集中建設(shè)聚合建設(shè)，提

3、供大規(guī)模先進(jìn)計(jì)算資源集約化建設(shè)，有限計(jì)算資源高效利用Institute of Software,Chinese Academy of Sciences為什么需要高性能計(jì)算中心專業(yè)的技術(shù)和服務(wù)團(tuán)隊(duì)，高效穩(wěn)定的運(yùn)維 用戶不愿也很難進(jìn)行有效的運(yùn)維 專業(yè)技術(shù)人員的稀缺是資源中心，更是跨領(lǐng)域的研究創(chuàng)新中心 計(jì)算模擬需要多領(lǐng)域的融合 計(jì)算中心是最佳的舞臺(tái)和平臺(tái)趨勢(shì)：集中的計(jì)算能力、數(shù)據(jù)及其處理能力 計(jì)算中心將是信息分析和處理中心學(xué)校/地區(qū)競(jìng)爭(zhēng)力和科研力的象征計(jì)算中心時(shí)代1990Institute of Software,Chinese Academy of Sciences計(jì)算中心的發(fā)展網(wǎng)絡(luò)中心時(shí)代199

4、02010PC時(shí)代19902010云計(jì)算時(shí)代2010網(wǎng)絡(luò)服務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)計(jì)算服務(wù)Institute of Software,Chinese Academy of Sciences計(jì)算中心的發(fā)展天下大勢(shì)，分久必合，合久必分Institute of Software,Chinese Academy of Sciences國(guó)外主要計(jì)算中心的發(fā)展1985美國(guó)圣地亞哥超算中心1986美國(guó)國(guó)家超級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心1989韓國(guó)超算中心2001日本東京工業(yè)大學(xué)GSIC2004巴塞羅那超算中心Institute of Software,Chinese Academy of Sciences國(guó)內(nèi)主要超級(jí)計(jì)算中心北京，上海

5、，天津，深圳，濟(jì)南，長(zhǎng)沙，廣州Institute of Software,Chinese Academy of Sciences國(guó)內(nèi)計(jì)算中心建設(shè)單位的缺憾國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)表明 建設(shè)單位應(yīng)該是應(yīng)用單位國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)應(yīng)用專家主導(dǎo)國(guó)內(nèi)情況 政府主導(dǎo) 計(jì)算機(jī)專家主導(dǎo)高校應(yīng)當(dāng)成為我國(guó)大規(guī)模高性能計(jì)算中心建設(shè)單位 湖南大學(xué)，中山大學(xué)Institute of Software,Chinese Academy of Sciences歸口和定位誰是婆婆？誰是金主？職責(zé)和功能 計(jì)算中心、網(wǎng)絡(luò)中心、信息中心還是其他？建設(shè)和運(yùn)維資金來源？核心問題：是否利于成果產(chǎn)出？是否能持續(xù)發(fā)展？Institute of Softwa

6、re,Chinese Academy of Sciences提要高性能計(jì)算中心建設(shè)的必要性高性能計(jì)算中心建設(shè)與運(yùn)維建設(shè)運(yùn)維運(yùn)營(yíng)從高性能計(jì)算到云計(jì)算Institute of Software,Chinese Academy of Sciences超算中心系統(tǒng)環(huán)境架構(gòu) 安全，穩(wěn)定，高速 易用，實(shí)用，功能強(qiáng)大內(nèi)外部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境運(yùn)維管理平臺(tái)高 用 齊全，安全，穩(wěn)定，可持續(xù)計(jì)算中心基礎(chǔ)設(shè)施高性能計(jì)算應(yīng) 應(yīng)用 用戶導(dǎo)向，豐富，高效超 超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 統(tǒng) 先進(jìn)，穩(wěn)定，可靠，高效運(yùn)維角度應(yīng)用角度投資角度售后角度Institute of Software,Chinese Academy of Sciences主

7、機(jī)系統(tǒng)考量可靠性、穩(wěn)定性可管理性兼容性性能及可擴(kuò)展性可用性價(jià)格免費(fèi)維護(hù)期技術(shù)支持能力應(yīng)用支持能力Institute of Software,Chinese Academy of Sciences一次到位，當(dāng)前投資方式的不足時(shí)間用戶體驗(yàn)一步到位分步到位時(shí)間運(yùn)營(yíng)開銷一步到位分步到位Institute of Software,Chinese Academy of Sciences高性能計(jì)算應(yīng)用軟件配置出發(fā)點(diǎn) 面向用戶需求 面向系統(tǒng)架構(gòu)：兼容性和性能 面向建設(shè)特點(diǎn)：買對(duì)的，買貴的兩類應(yīng)用軟件 有源軟件 商業(yè)軟件軟件同樣是計(jì)算中心的資源優(yōu)勢(shì)Institute of Software,Chinese Ac

8、ademy of Sciences管理運(yùn)維和應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)管理員資源管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)作業(yè)管理系統(tǒng)用戶管理系統(tǒng)巡檢管理系統(tǒng)管理者系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析系統(tǒng)使用者作業(yè)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可視化系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)用平臺(tái)Institute of Software,Chinese Academy of Sciences人員配備系統(tǒng)技術(shù)支持應(yīng)用技術(shù)支持研究開發(fā)Institute of Software,Chinese Academy of Sciences核心技術(shù)能力系統(tǒng)技術(shù)硬件系統(tǒng)電源冷卻等支撐技術(shù)操作系統(tǒng)并行文件系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用支持技術(shù)應(yīng)用移植應(yīng)用運(yùn)行和調(diào)度應(yīng)用咨詢應(yīng)用研究并行計(jì)算技術(shù)應(yīng)用

9、分析和測(cè)評(píng)并行應(yīng)用開發(fā)并行應(yīng)用優(yōu)化新體系架構(gòu)技術(shù)可視化技術(shù)研究能力Institute of Software,Chinese Academy of Sciences提要高性能計(jì)算中心建設(shè)的必要性高性能計(jì)算中心建設(shè)與運(yùn)維建設(shè)運(yùn)維運(yùn)營(yíng)從高性能計(jì)算到云計(jì)算技 術(shù)Institute of Software,Chinese Academy of Sciences系統(tǒng)運(yùn)維管理體系運(yùn)維管理制度全方位的外圍保障人 員管 理 專業(yè)、穩(wěn)定、敬業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍高效運(yùn)行的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)深入扎實(shí)的系統(tǒng)技術(shù)嚴(yán)格分級(jí)、及時(shí)有效故障處理科學(xué)有效的主機(jī)運(yùn)行指標(biāo)嚴(yán)密的安全管理復(fù)雜系統(tǒng)環(huán)境的深入研究Institute of Softw

10、are,Chinese Academy of Sciences管理示例：應(yīng)急預(yù)案主機(jī)房消防應(yīng)急預(yù)案氣體噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)撤離及處置應(yīng)急預(yù)案超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)緊急關(guān)機(jī)操作方法主機(jī)房斷電應(yīng)急預(yù)案機(jī)房空調(diào)故障應(yīng)急預(yù)案重大災(zāi)難應(yīng)急處理預(yù)案 I級(jí)操作：關(guān)閉主機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備II級(jí)操作：關(guān)閉非重要用戶計(jì)算節(jié)點(diǎn)III級(jí)操作：關(guān)閉所有用戶計(jì)算節(jié)點(diǎn)（D組）IV級(jí)操作：關(guān)閉SAN存儲(chǔ)設(shè)備和LSF服務(wù)器V級(jí)操作：關(guān)閉磁盤陣列和所有存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)Institute of Software,Chinese Academy of Sciences管理示例：斷電關(guān)機(jī)流程與物業(yè)聯(lián)系供電現(xiàn)狀檢查主機(jī)系統(tǒng)是否正常采取開門、布置應(yīng)急風(fēng)扇降溫措施并觀

11、察溫度和供電是 是節(jié)點(diǎn)溫度超50度30分鐘未恢復(fù)供電否否否X=1第X級(jí)關(guān)機(jī)操作命令組合X=X+1按主機(jī)系統(tǒng)緊急關(guān)機(jī)操作方法直接拉閘關(guān)閉所涉范圍所有設(shè)備電閘X5UPS低于5分鐘否主機(jī)系統(tǒng)是否失電否UPS低于20分鐘或節(jié)點(diǎn)平均溫度超50度否是是是善后處理否雙路斷電操作確認(rèn)是Institute of Software,Chinese Academy of Sciences技術(shù)示例：穩(wěn)定性考量單點(diǎn)（單節(jié)點(diǎn)、單部件）故障發(fā)生率互聯(lián)設(shè)備故障發(fā)生率系統(tǒng)內(nèi)部供電部件故障發(fā)生率硬件故障致節(jié)點(diǎn)更換總次數(shù)運(yùn)行自陷致節(jié)點(diǎn)重啟總次數(shù)運(yùn)行出錯(cuò)致作業(yè)遷移總次數(shù)Institute of Software,Chinese Ac

12、ademy of Sciences運(yùn)維管理系統(tǒng)保障Institute of Software,Chinese Academy of Sciences高效運(yùn)維要素Institute of Software,Chinese Academy of Sciences提要高性能計(jì)算中心建設(shè)的必要性高性能計(jì)算中心建設(shè)與運(yùn)維建設(shè)運(yùn)維運(yùn)營(yíng)從高性能計(jì)算到云計(jì)算Institute of Software,Chinese Academy of Sciences國(guó)際超級(jí)計(jì)算中心運(yùn)營(yíng)日常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用及來源（美元/每年）超級(jí)計(jì)算中心美國(guó)圣地亞哥超級(jí)計(jì)算中心建成時(shí)間1985人員規(guī)模400設(shè)備更新費(fèi)用來源聯(lián)邦機(jī)構(gòu)6000萬其中2

13、000萬來自NSF；其余主要來自聯(lián)邦機(jī)構(gòu)、州政府的各個(gè)研究項(xiàng)目美國(guó)國(guó)家超級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心1986500聯(lián)邦機(jī)構(gòu)超過2000萬美元主要來自NSF，部分來自于州政府（700萬）、大學(xué)及其他聯(lián)邦機(jī)構(gòu)芬蘭科學(xué)計(jì)算中心1970140中央政府機(jī)構(gòu)5000萬其中65%來自教育部，20%來自合作項(xiàng)目，15%來自其他方面瑞士國(guó)家超級(jí)計(jì)算中心199140聯(lián)邦機(jī)構(gòu)900萬其中850萬來自聯(lián)邦機(jī)構(gòu)；僅有50萬來自第三方韓國(guó)KISTI超級(jí)計(jì)算中心1988中央政府機(jī)構(gòu)3000萬其中1000萬來自韓國(guó)政府直接撥款；1000萬來自與政府部門、高校的研究項(xiàng)目；另外1000萬來自其他項(xiàng)目Institute of Software,

14、Chinese Academy of Sciences持續(xù)投入：最大的挑戰(zhàn)定期建設(shè)經(jīng)費(fèi)常規(guī)運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)除去基建經(jīng)費(fèi)，每年運(yùn)營(yíng)約占建設(shè)經(jīng)費(fèi)的 1/81/5（其中電力和冷卻約占1/3）應(yīng)有常規(guī)有效的投資機(jī)制Institute of Software,Chinese Academy of SciencesInstitute of Software,Chinese Academy of Sciences提要高性能計(jì)算中心建設(shè)的必要性高性能計(jì)算中心建設(shè)與運(yùn)維建設(shè)運(yùn)維運(yùn)營(yíng)從高性能計(jì)算到云計(jì)算用戶網(wǎng)絡(luò)化Institute of Software,Chinese Academy of Sciences云計(jì)算的理解

15、應(yīng)用程序操作系統(tǒng)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)應(yīng)用程序操作系統(tǒng)應(yīng)用程序應(yīng)用程序操作 操作系統(tǒng) 系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)應(yīng)用服務(wù)應(yīng)用服務(wù)應(yīng)用服務(wù)應(yīng)用服務(wù)硬件虛擬化軟件服務(wù)化Institute of Software,Chinese Academy of Sciences高性能計(jì)算中心是天然的云計(jì)算中心昂貴軟硬件資源集中部署用戶遠(yuǎn)程共享使用租賃資源而不是采購(gòu)/建設(shè)資源但是 計(jì)算虛擬化技術(shù)技術(shù)不適于高性能計(jì)算Institute of Software,Chinese Academy of Sciences高性能計(jì)算云平臺(tái)的核心是軟件云計(jì)算的核心是平臺(tái)軟件當(dāng)前缺乏好的平臺(tái)面向各類用戶需求的定制開發(fā)，廠商現(xiàn)有產(chǎn)品只能滿足部分需求整合高性能計(jì)算云平臺(tái)和其他云服務(wù)平臺(tái)帳