国家超算中心建设的重大意义

国家超算中心浪潮天梭TS10K高性能服务器浪潮集团有限公司2018年8月27日目录1.前言1.1.国家超算中心建设的重大意义1.1.1.国家超算中心可提高国家经济竞争力1.1.2.国家超算中心可提升国家科研实力1.1.3.CAE行业需要超强计算能力的支持1.1.4.国家超算中心可提高国家在国际上的影响力1.1.5.国家超算中心提升行业高性能计算机应用水平1.2.国家超算中心建设与运营1.2.1.国家超算中心建设1.2.2.国家超算中心运营1.2.3.项目售后服务1.前言1.1.国家超算中心建设的重大意义2014年11月，全球超级计算机TOP500排行正式放榜。中国高性能计算机载誉而归，“天河二号”连续四次名列第一，创造了中国高性能计算机在全球的最佳成绩，打破了美国对此项目的长期垄断，实现了历史性的突破。在500强榜单上，北美入围的超级计算机数量最多，达到237个；欧洲国家有125个超级计算机入围；亚洲已经迎头赶上有120个，其中中国达到61个。沙特目前有4套系统上榜，用于科研和工业的研究。区域数量份额Rmax（GF）Rpeak（GF）AustraliaandNewZealand91.80%4635447.68964921.5EasternAsia10420.80%80071203.14136636971.4EasternEurope122.40%5536204.88468577.76NorthAmerica23747.40%138600751.4197449778.4NorthernEurope438.60%20928331.1626941174.7SouthAmerica40.80%10313651594903.6South-centralAsia91.80%3137691.83912187.16South-easternAsia10.20%201940.5401600SouthernEurope51.00%6629962.348559176WesternAsia61.20%2329578.63605469WesternEurope7014.00%45748035.856967743.88总计500100.00%308850512.1453502503.4高性能计算水平体现着一个国家的综合实力，在当今社会，高性能计算在一个国家的重要性越来越明显，计算科学已经成为21世纪最重要的技术领域之一，它在石油勘探、气象预报、航空航天、信息研究、生命科学、材料工程和基础科学研究、行业的信息化、数据大集中等方面都具有重要的意义，它对整个社会的进步起着基础性的作用。国家超算中心的建设对国家保持科学研究领导地位、提高经济竞争力以及维护国土安全、提升国际地位发挥将会发挥重要作用。1.1.1.国家超算中心可提高国家经济竞争力近日，由中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司（BGP）与浪潮集团合作完成CPU/GPU异构并行叠前时间偏移地震信息处理软件（PSTM）成功应用于中石油国家站点，由浪潮提出的“CPU-GPU协同计算”的HPC计算架构，成功打造了坚持应用创新引领高性能发展的经典案例，为中石油集团参与国际竞争，提升中国在国际石油市场话语权奠定了坚实的基础。国家近年来科研水平不断提升，在科研的众多方面都对计算能力有个强大的需求。通过建造这套国家高性能计算中心，可以广泛的应用于各行各业，尤其是石油勘探行业，为国家经济发展带来新的增长点。石油行业是高性能计算机（HPC）应用最为广泛的领域，为了了解和模拟出地下数千米的地质构造，需要通过地震波反射的方式来收集海量数据（一般二维数据1-2TB，三级数据高达几百TB甚至PB级），然后进行大量的密集计算和模拟，计算结果出来后还要转换成直观的可视画面，方便专家对数据进行解释，为油气钻井定位提供参考。由于本身数据量和计算量过于巨大，同时为了寻找深层、隐伏和岩性油气藏，对计算精度和实时性的要求越来越高。因此，石油行业对于计算能力的需求可谓是永无止境的。要知道今天打一口井的代价非常高昂，一般要花费千万元，而在有些地区动辄需要上亿元，强大的高性能计算地震模拟可以帮助专家缩小误差，避免损失。通过国家超算中心千万亿次的集群系统，沙特可以充分发挥本国在石油勘探、石油开采等领域的实力，提高本国石油产品在国际上的竞争力。有了这套高性能系统，可以进一步发挥国家在石油行业的优势，充分利用国内的石油资源，提高国家经济竞争力。1.1.2.国家超算中心可提升国家科研实力数值模拟与理论和实验三位一体是促进21世纪科学研究和技术开发的三大支柱。高性能计算正在变得与计算密集型应用越来越密不可分，已成为石油勘探、量子力学物理、天气预报、气候研究、分子建模、物理仿真、密码分析等领域的重要手段，而只有千万亿次级别的高性能计算系统才能帮助这些领域取得更加精湛的成就。1.1.3.国家超算中心提升CAE行业应用实力CAE即计算机辅助工程设计，自二十世纪六十年代以来CAE技术得到飞速发展，其原动力是不断增长的工业需求，其中航天航空、能源动力等领域是其发展的强大的推动力。目前在航空、航天、能源动力等工业领域，利用CAE进行反复设计、分析、优化已成为的必经步骤和手段。如大型复杂飞行器结构的流-固耦合计算，涉及计算空气动力学、计算燃烧学、计算传热学、计算结构力学等众多学科。航空航天业是应用CAE最为广泛的行业。究其原因，主要是航空航天器结构复杂（通常需要进行十万以上自由度的计算），力传递路线多，工作在多变的流体环境下（流体力学本身就需要大量的复杂计算），对可靠性、耐久性和损伤容限的要求很高，以及实验条件无法完全模拟真实环境（有的实验甚至根本无法进行）等。这些原因都使航空航天业的发展离不开CAE仿真，并且越来越依赖于CAE仿真。在航空航天领域，重大力学问、高超声速科技工程、大型飞机工程中，计算科学对复杂空气流动力学原理的精细认识、飞行器布局设计、机翼等关键部件的参数设计和性能优化、气动声学和气动光学、返回舱黑障区电磁耦合、流固耦合、发动机内流、多学科设计优化等方面，具有极其重要的支撑作用。在美国和欧盟大量采用高性能数值模拟提升飞行器设计能力的今天，体现核心竞争力的关键技术和优化设计也必须依赖于计算科学。1.1.4.国家超算中心可提高国家在国际上的影响力从世界超级计算机Top500分布情况来看，超级计算能力与一个国家（地区）经济社会发展水平密切相关。因此，美、欧、日等发达国家（地区）长期投入巨大的人力、财力、物力发展超级计算能力，并几乎垄断全球超级计算机研发和应用。在沙特，在Top500榜单中，近三年共六期的排名中，共有4次进入Top500中。在2014年11月，有4台进入Top500。榜单年份排名安装地点名字安装年份应用领域201462SaudiAramcoFaris2014Industry201493KingAbdulazizCityforScienceandTechnologySANAM2012Research2014111SaudiAramcoMakman2013Industry2014335KingAbdullahUniversityofScienceandTechnologyShaheen2009Academic身处世界超级计算的激烈竞争中，面对国内计算需求快速增长的局面，国家超算中心的建立，可以力争成为行业计算能力最强的超级计算机，满足为国家服务的同时，也可以大大提高国家在国际上面的影响力。1.1.5.国家超算中心提升行业高性能计算机应用水平在浪潮集团为国家设计建设的国家超算中心过程中，浪潮集团带来的不仅是系统本身，更是和系统相关的技术和应用经验，这也可以大幅度提升国家在高性能领域的技术实力，并且能够极大的提升在CAE行业的高性能计算应用水平。目前，新技术层出不穷并飞速发展，在国防工业的各个领域（如航空、航天、车辆、船舶等）中，各学科（如工程力学、机械制造等）间通常要进行跨行业、跨学科的交叉，因此工程师们要掌握多方面的知识，这也扩展了不同学科运用CAE的深度和广度。很大一部分用户已经从使用CAE软件进行单一类型、单一学科的分析向使用软件进行综合型分析转变，有40%的受调查者正在用CAE软件灵活地进行多个类型、多个学科的仿真分析，以解决各种实际的工程问题。目前精通CAE的人才数量还很有限，很多老一代研究人员对CAE的接触很少，而年轻人因为设计经验不足，对仿真条件的假设不准确，因此分析出的数据参考价值不高。有设计经验的人没有CAE的操作使用经验；而有软件操作经验者却缺乏设计经验，这正是目前研发及工程领域的一个突出问题。建设一套百万亿次的超算中心，能够让年轻人借助有经验的设计人员的设计思想修正自己在CAE使用中可能产生的疏漏，对于沙特航空航天的人才培养起到了非常重要的意义。1.2.国家超算中心建设与运营1.2.1.国家超算中心建设国家超算中心的建设是一个复杂的系统工程，需要一个完善的规划和实施方案。浪潮集团作为中国领先的高性能计算系统提供商，可以提供一整套完善的解决方案，包括计算系统、制冷系统、机房装修等整个方案。浪潮天梭TS10000是一个技术含量高，结构复杂的系统产品，专业的服务与全面的技术培训对用户是十分必要的，这将有助于用户更好地应用高性能计算机系统，更好的维护系统，保证业务的稳定、高效运行。由于此次项目的特殊性，系统能快速有效的建立并稳定运行、用户使用方便好用、使用过程中得到浪潮及时有效的技术支持和相关服务，最后达到用户满意，我们对此项目制定专门的实施方案。详细实施验收方案根据浪潮集团多年来高性能服务器系统的项目实施经验，结合本次项目的需求，实施部分从总体上为三个阶段：⏹山东济南预安装系统⏹用户现场实施⏹用户现场调优阶段每个阶段都将作为一个独立的子项目运作，并且三个阶段将有机的结合起来，最终完成整个项目的建设，达到用户的建设目标。1.1.1.1.山东济南预安装为确保系统稳定运行，万无一失，我们的货物在发出前会在山东济南先期组装和试运行，并进行压力测试，确保不产生意外。试运行阶段进行各项测试，以便及早发现存在的问题，将其解决，使项目后期实施顺利进行。1.1.1.2.用户现场实施国内试运行阶段完成后，将货物发送至用户，且随货发出的还有常见易损备件。等货物到达后，我们将会派出专业的高性能团队到现场进行安装调试，并协助用户完成应用软件的移植工作。具体安排根据与客户协商结果确定。由于前期预安装阶段已经配置好基本环境，在现场实施阶段的工作重点是将整套系统重新组装上架，硬件搭建，及客户应用软件的移植和调优工作。1.1.1.3.用户现场系统调优为了发挥系统潜力，浪潮在系统实施完成后，将根据系统特点以及客户的应用进行系统级的调优。调优主要工作有：节点BIOS级调优：1)高性能计算中，为了充分利用CPU的计算资源，往往在BIOS里关掉超线程功能。