超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書2024

超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書 1 5 5 6 8 超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書 超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖/表目錄 3 5 7 9 超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書1一、發(fā)展背景術(shù)，作為變革性力量，帶來全新的生產(chǎn)方式、超級計算能力是衡量一個國家或地區(qū)科技競爭力和綜合實力的超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書2科研等眾多領域，在應對重大挑戰(zhàn)性問題，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，算中心、中國國家網(wǎng)格（ChinaNationalGrid，CNGrid）等戰(zhàn)略性錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國家算力基礎設施[J].北京航空航天大學學報,2022,42李國杰.發(fā)展高性能計算需要思考的幾個戰(zhàn)略性問題.超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書3圖1中國超算產(chǎn)業(yè)三位一體協(xié)調(diào)發(fā)展策略傳輸問題備受關(guān)注，需升級網(wǎng)絡基礎設施，優(yōu)化大規(guī)模數(shù)據(jù)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書4“卡脖子”問題，加快建設自主軟硬件生態(tài)的緊迫性。優(yōu)勢的重要策略，例如美國的能源科學研究網(wǎng)絡ESnet（Energy超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書5二、基本概念圖2超算互聯(lián)網(wǎng)的重要特征6超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書7圖3超算互聯(lián)網(wǎng)支持多方生態(tài)協(xié)作超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書8超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書9圖4超算互聯(lián)網(wǎng)應具備的關(guān)鍵能力心及具有區(qū)域或行業(yè)優(yōu)勢的各類算力中心的資源，支持納管量可調(diào)度能力，支持跨架構(gòu)、跨地域、跨層級、跨運營主體的資源管理與任務調(diào)度，實現(xiàn)全局統(tǒng)一存儲服務，屏蔽超算超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書戶提供解決方案的服務能力，能夠幫助各行業(yè)領域用戶解決開發(fā)、集成一批領域應用軟件，支持用戶基于工作流和領域高性能計算機應用的瓶頸問題，能夠運行面向國產(chǎn)計算芯片超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書求解器、模型庫等，為應用開發(fā)與集成提供高效支撐，促進件移植成本，提高移植效率，實現(xiàn)軟件一次編程后跨中心跨在產(chǎn)學研之間、軟硬件之間、上下游之間、多平臺之間形成4.高水平人才隊伍保障能力超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖5超算互聯(lián)網(wǎng)參考模型超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖6從超算網(wǎng)格到超算互聯(lián)網(wǎng)的演進關(guān)系超算網(wǎng)格在屏蔽不同超算中心差異，實現(xiàn)統(tǒng)一作業(yè)調(diào)度等方面，3錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國家算力基礎設施[J].北京航空航天大學學報,2022,48(9):14.超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書臺，通過云計算的服務模式為用戶提供高性能計算服務4。4超級計算創(chuàng)新聯(lián)盟.高性能計算云（HPCCloud）白皮書，2021超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書三、發(fā)展現(xiàn)狀(一)發(fā)達國家高度重視超算設施互聯(lián)共享持建設的公益性設施網(wǎng)絡，如能源科學網(wǎng)絡ESnet6、開放科學網(wǎng)格超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書生態(tài)體系，以保持美國在高性能計算領域的全球領景實現(xiàn)。在超級計算領域，歐盟先后實施歐洲先進計算伙伴計劃超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國家算力基礎設施[J].北京航空航天大學學報,2022,48(9)袁珩,張麗娟.“數(shù)字歐洲計劃”2021—2超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖7EuroHPC（2021-2027）發(fā)展策略框架表1EuroHPCJU納管的超級計算機列表123MARENOSTRUM54MELUXINA56DISCOVERER789N/A超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖8日本高性能計算基礎設施(HPCI)分布HPCI網(wǎng)絡由日本信息科學與技術(shù)研究組織（RIST）負錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國家算力基礎設施[J].北京航空航天大學學報,2022,48(9):1超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書真模擬技術(shù)普及應用。HPCI網(wǎng)絡不僅幫助進步，也促進了產(chǎn)業(yè)競爭力提升、人力資源開圖9中國超算基礎設施網(wǎng)絡化發(fā)展歷程超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖10“十三五”國家高性能計算環(huán)境8錢德沛.構(gòu)建支撐科技創(chuàng)新的新一代計算基礎設施[J].數(shù)據(jù)與計算發(fā)展前沿,20超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書持多維度角色權(quán)限管理，提供租戶虛擬化層隔離、租戶內(nèi)部計算資源整合為統(tǒng)一云計算資源池，構(gòu)建了“并行超算云”臺，可以為智能體訓練、智能仿真等場景提供·中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心的生物醫(yī)藥應用服務社區(qū)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書蓋生物信息、藥物靶標鑒定和藥物設計等領域，支持基因組核時，在汽車、飛機、鋼鐵、高端裝備設計等領域為上千家環(huán)節(jié)，滿足結(jié)構(gòu)、流體、電磁等不同領域的云端設計仿真一·國家超算天津中心的高通量材料計算平臺（mathtc.nscc-集成材料計算軟件、前后處理和數(shù)據(jù)可視化模塊，擁有面向材料計算的全鏈條算法工具集成和統(tǒng)一接口技術(shù)，支持多組元材料體系從微觀、介觀到宏觀的結(jié)構(gòu)、物性和服役行為的多尺度計算仿真技術(shù)，可實現(xiàn)材料計算設計的全流超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書距離無損無限帶寬（IB）通信技術(shù)，在國內(nèi)首次實現(xiàn)濟南-青島跨地超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書中國移動和國家超算無錫中心聯(lián)合開展了按實際使用量付費的“數(shù)據(jù)快遞服務”試驗，通過彈性云專線+云專網(wǎng)，幫助用戶就近接3個小時內(nèi)完成4TB數(shù)據(jù)搬遷的目標，滿足用戶低成本、高效率的大容損LT-RDMA設備數(shù)據(jù)傳輸速率達到85Gbps，是普通RDMA速率中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心持續(xù)優(yōu)化建設具有基礎設施形正式上線全國一體化算力服務平臺（實現(xiàn)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書設了國內(nèi)首個云-網(wǎng)-邊-端一體化的算力基礎設施試驗場。鵬城實驗 超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書項標準;中國信息通信研究院聯(lián)合北京航空航天大學、中國科學院計超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書四、技術(shù)架構(gòu)圖11超算互聯(lián)網(wǎng)總體參考架構(gòu)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書對于人工智能計算中心，異構(gòu)系統(tǒng)更加普遍，除了廣泛采用的超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書現(xiàn)，比如通過在交換機上執(zhí)行reduce計算的在網(wǎng)計算(in-network超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書大的能耗不僅給算力中心運營帶來高昂的成本開銷,而且對計算機的超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書VR/AR、大模型訓推一體等應用中，云邊端之間進行實時數(shù)據(jù)交互?，F(xiàn)、分析研判、通告預警、響應處置、追蹤溯源、將技術(shù)、管理、流程進行有機整合，提高超算互聯(lián)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書跨域資源分配，并監(jiān)督各中心任務執(zhí)行過程，確保任務完成超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書商城管理包括應用的封裝與發(fā)布、商戶的入駐與管理等,應滿足超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書持按規(guī)范對數(shù)據(jù)進行比較、清洗、轉(zhuǎn)換和加工，方便相關(guān)軟問等環(huán)節(jié)，防止數(shù)據(jù)泄漏、丟失和被篡改，確保數(shù)據(jù)的安全超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書應用層既是超算互聯(lián)網(wǎng)服務的目標對象，也是超算技術(shù)與其他行工智能（AIGC以及人工智能驅(qū)動的科學研究（AIForScienc在科學計算方面，支持大氣科學之全球氣候海洋模式、空氣質(zhì)量超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書在數(shù)據(jù)密集型計算方面，支持智慧城市之視頻數(shù)據(jù)處理，本白皮書在第六章進一步分析闡述了超算互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新使用模式超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書按核時或卡時計，網(wǎng)絡按帶寬/流量計，應用、模型等也有不同的計超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書高效是跨域異構(gòu)算力調(diào)度的關(guān)鍵，需要讓用戶對跨域調(diào)度無感，異構(gòu)編程的語言和接口，如Nvidia的現(xiàn)仍然有差異。平臺且可屏蔽硬件細節(jié)的編程模型/語言，使程序從源頭上適應支撐庫存在接口、版本、性能不統(tǒng)一的問題;研究開發(fā)異構(gòu)程序轉(zhuǎn)換遷移超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書4.高速互聯(lián)的新型網(wǎng)絡技術(shù)障、內(nèi)生安全等優(yōu)勢，支持構(gòu)建高速、高效、高安全超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書20ms時延跨國家樞紐節(jié)點算力網(wǎng)將在示范區(qū)域內(nèi)初紐節(jié)點間網(wǎng)絡傳輸費用大幅降低10。另外，也需要持續(xù)研究遠程數(shù)據(jù)國家發(fā)展改革委等部門印發(fā)的《關(guān)于深入實施“東數(shù)西算”工程超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖12超算互聯(lián)網(wǎng)標準體系業(yè)務服務、調(diào)度流程等，為超算互聯(lián)網(wǎng)平臺研發(fā)及維護提供交互方式，促進系統(tǒng)集成，提高互操作性，降低開發(fā)和運維超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書調(diào)度的基本單位、格式、輸入，并能實現(xiàn)網(wǎng)上用戶和本地用超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書五、運營管理圖13超算互聯(lián)網(wǎng)主要參與方及其關(guān)系超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書化、產(chǎn)品化、標準化水平;經(jīng)濟各行業(yè)領域的計算應用拓展，促進超算在產(chǎn)業(yè)升級、民超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書付、客戶服務、售后過程中面臨的系列問題，幫助服務商輕超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書性技術(shù)問題，統(tǒng)一接口標準與開發(fā)環(huán)境，降低底層硬件異構(gòu)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖14超算互聯(lián)網(wǎng)運營商參考運營架構(gòu)構(gòu)建類電商應用服務平臺，以互聯(lián)網(wǎng)思維開展平臺構(gòu)建、產(chǎn)品開超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書數(shù)據(jù)、模型等資源，為用戶提供開箱即用的軟件與應用支持超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書4.支撐：數(shù)智化超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖15國家超算互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合體正式成立儀式超算互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合體以強化國內(nèi)高性能計算產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展能力為超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書六、應用展望超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書允許用戶選擇最合適的算力中心或者同時享受多算力中心之間也將從競爭走向競合，從而彌補自4.更緊密的產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)作模式超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書操作流程。超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書算力就會呈現(xiàn)數(shù)量級的增長,比如多模態(tài)虛擬路測將再帶來若干個數(shù)正在激增。社會認知大腦是通過實時感知社會大眾的網(wǎng)絡空間活動,然后對各類感知數(shù)據(jù)進行分析建模,為化解風險和行動決策提供有效超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書計算流體力學(CFD)通過數(shù)值求解各種流體動力學控制方程，達徐傳福,車永剛,李大力,等.天河超級計算機上超大規(guī)模高精度計算流體力學并行計算研究進展[J].計算機工程與科學,龔春葉,包為民,湯國建,等.航天領域高性能并行計算研究進展[J].J4,2014,36(09超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書粒子輸運理論是研究微觀粒子在介質(zhì)中遷移統(tǒng)計規(guī)律的數(shù)學理論,在核武器、核電、放射性治療等領域已產(chǎn)生多款粒子輸運數(shù)值模占美國能源部高性能計算系統(tǒng)上實際物理模擬運行時間的50-80%。李翊誰,穆雨桐,遲利華,等.數(shù)域篩法研究綜述.計算機應用,2018,38(S超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超級計算機上，可以快速完成超大規(guī)模藥物先導化合物篩選與評估，對藥-靶結(jié)合體系進行評估，為新藥發(fā)現(xiàn)提供重要依據(jù)；采用人工智借助強大的計算能力和先進的數(shù)據(jù)挖掘算法，新材料研發(fā)已由“經(jīng)驗+試錯”模式向計算驅(qū)動模式轉(zhuǎn)變。通過采用不同時間尺度和金鐘,陸忠華,李會元等.高性能計算之源起——科學計算的應用現(xiàn)狀及發(fā)展思考.中國科學超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書金鐘,陸忠華,李會元等.高性能計算之源起——科學計算的應用現(xiàn)狀及發(fā)展思考.中國科學超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書擬，計算結(jié)果更加接近真實，相應地對計算能力超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書108次級別。超算互聯(lián)網(wǎng)通過實現(xiàn)跨區(qū)域、跨超算中心的算力調(diào)度和全局存儲，將有效提升地震數(shù)據(jù)處理效率，縮短17安世亞太科技股份有限公司.數(shù)字孿生超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書七、發(fā)展倡議共享與流通，同時保障好數(shù)據(jù)安全，促進大數(shù)據(jù)分析、大模型預測、超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書AIArtificialIntelligenceAIGCArtificialIntelligenceGeneratedAPIApplicationProgrammingInterfaceComputerAidedEngineCommand-LineInterfCentralProcessingUEnergySciencesNetwoEuropeanHighPerformanceCompuGraphicsProcessingHighPerformanceComputiHighPerform