高性能計算精選(九篇)

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第1篇：高性能計算范文

軟件成焦點

“高性能計算面臨的挑戰(zhàn)，不在計算機本身，而是在應(yīng)用和軟件上。” 中科院網(wǎng)絡(luò)信息中心超級計算中心主任遲學(xué)斌如是說。只有當計算機硬件、軟件和自然科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用完美結(jié)合起來，才能將高性能計算的功效發(fā)揮到極致。

硬件技術(shù)的快速發(fā)展促進超級計算走向高端計算，軟件技術(shù)的緩慢發(fā)展則阻止了高端計算走向應(yīng)用。用戶并行編程能力還有待提高，并行編程要達到良好的可編程性，必須解決結(jié)構(gòu)性、通用性和可移植性問題。

中科院軟件所并行計算研究中心副主任張云泉強調(diào)：“程序設(shè)計語言要跟上機器的發(fā)展，處理器增加以后，可靠性問題凸顯，除了硬件，在程序設(shè)計上也要考慮可靠性?！?/p>

系統(tǒng)功耗過大是障礙

“500萬～600萬元的高性能計算機系統(tǒng)，一年下來的電費就要60萬～70萬元，真快成買得起用不起了?！?清華大學(xué)高性能計算機中心主任鄭緯民提出了功耗這一嚴峻的問題。這不僅是對硬件制造商的挑戰(zhàn)，也對軟件設(shè)計人員編制低功耗運行代碼提出了更高的要求。合理處理好這一問題，就能把挑戰(zhàn)變成商機。

深化行業(yè)應(yīng)用是關(guān)鍵

來自氣象、石油、航空等領(lǐng)域的專家也暢談了自己在應(yīng)用方面的需求?！邦A(yù)計到2010年，氣象方面的需求將達到千萬億次?！?國家氣象局高性能計算機室高工洪文董介紹。中國氣象局的高性能科學(xué)計算環(huán)境為大氣科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究、計劃和業(yè)務(wù)提供科學(xué)計算、數(shù)據(jù)管理的資源平臺。目前，中國氣象局高性能計算機應(yīng)用中心擁有以神威Ⅰ系統(tǒng)、神威新世紀集群系統(tǒng)、IBM SP系統(tǒng)、IBM高性能計算機為代表的一批國內(nèi)一流的高性能計算資源。洪文董說：“硬件是一流的，但是用戶關(guān)心的是軟件應(yīng)用，如何能夠讓設(shè)備的運行效率最高，這才是關(guān)鍵問題。另一個問題就是如何改造現(xiàn)有程序以適應(yīng)多核并行應(yīng)用?！?/p>

中石化集團公司信息管理部吳正宏教授也詳細闡述了高性能計算在分子模擬、流程模擬等方面的應(yīng)用?！耙郧坝?5年才能算出地下是什么情況，現(xiàn)在已經(jīng)縮短到用小時計算了?！痹谔岬礁咝阅苡嬎丬浖臅r候，吳正宏教授道出了自己的憂慮：“國產(chǎn)的軟件還不成規(guī)模，區(qū)域適應(yīng)性較差，但在使用國外軟件時面臨兩大問題：首先是價格昂貴，其次是應(yīng)用受限。在投標國際性的大項目時，有的國外廠商會限制軟件使用范圍，使競爭力被很大削弱?！?/p>

如何深化高性能計算在行業(yè)中的應(yīng)用，由誰來開發(fā)并行計算軟件，成了這次會議的一個熱點話題。中科院軟件所并行計算研究中心副主任張云泉提到了計算科學(xué)的概念，這一專業(yè)培養(yǎng)的人才本身具有較好的數(shù)學(xué)和計算機基礎(chǔ)，畢業(yè)后具有從事科學(xué)研究、解決實際問題及設(shè)計開發(fā)有關(guān)軟件的能力。而目前我國一些院校已經(jīng)開設(shè)了相關(guān)專業(yè)，面向特定行業(yè)招收特定的學(xué)員。只是目前還比較匱乏。但毫無疑問，計算科學(xué)是解決和學(xué)科建設(shè)相關(guān)的復(fù)合型人材問題的關(guān)鍵。

并行時代將到來

在國內(nèi)，高性能計算不僅在石油、氣象、生物、科研、國防等科學(xué)工程計算領(lǐng)域扮演著重要的角色，而且在教育、商業(yè)、企業(yè)、政府等信息服務(wù)領(lǐng)域也得到越來越廣泛的應(yīng)用。據(jù)IDC預(yù)測，到2008年，全球高性能計算機的市場容量將達到76億美元。

第2篇：高性能計算范文

高性能計算領(lǐng)域的“皓龍現(xiàn)象”值得我們關(guān)注，本文試圖從架構(gòu)、能效和高性能計算的未來發(fā)展趨勢等幾個方面，管窺皓龍迅速崛起高性能計算領(lǐng)域背后的秘密。

AMD64技術(shù)開創(chuàng)64位計算時代

AMD于2003年推出的皓龍?zhí)幚砥骰贏MD64技術(shù)，將x86計算帶入了64位時代。AMD64技術(shù)具有獨特的直連架構(gòu)，在芯片上集成內(nèi)存控制器，通過超傳輸總線技術(shù)，實現(xiàn)處理器和I/O以及內(nèi)存之間的高速互連，消除了傳統(tǒng)前端總線的固有瓶頸，大大提高了系統(tǒng)的總體性能和效率。另外，AMD64技術(shù)還通過集成增強病毒防護技術(shù)(EVP)提高用戶計算環(huán)境的安全性。

作為業(yè)內(nèi)首款將 32位 及 64 位計算結(jié)合在一起的高效架構(gòu)，AMD64技術(shù)在支持64位計算的同時兼容32位計算。對于大量運行32位應(yīng)用的企業(yè)用戶而言，可以在兼容現(xiàn)有32位軟件應(yīng)用的同時，為將來隨時升級到64位做好準備，保障了其既有投資。

創(chuàng)新架構(gòu)突破傳統(tǒng)系統(tǒng)瓶頸

AMD皓龍?zhí)幚砥餍阅茏吭剑@首先要歸功于AMD獨創(chuàng)的直連架構(gòu)。很多業(yè)內(nèi)人士都把直連架構(gòu)視為x86處理器領(lǐng)域最重要的技術(shù)創(chuàng)新之一。通過將內(nèi)存控制器內(nèi)置入處理器和采用高速串行超傳輸技術(shù)(HyperTransport)，直連架構(gòu)使得處理器與芯片組、處理器與內(nèi)存、處理器與處理器之間都可通過超傳輸總線相連，大大提高了效率，避免了前端總線架構(gòu)中多個組件共用一條總線造成的帶寬爭搶“內(nèi)耗”，實現(xiàn)了處理器與其他組件之間的快速響應(yīng)，最大限度降低了內(nèi)存延遲。

AMD皓龍?zhí)幚砥鞯闹边B架構(gòu)

超傳輸總線的發(fā)展歷程

這種架構(gòu)的點對點高速傳輸特性讓服務(wù)器擴展處理器數(shù)量時的性能損耗和難度大幅降低，而其出色的帶寬則讓基于皓龍的服務(wù)器在運行企業(yè)級數(shù)據(jù)密集型任務(wù)時表現(xiàn)更為流暢。 由于AMD皓龍內(nèi)置內(nèi)存控制器，無需通過北橋芯片來訪問內(nèi)存，處理器降低了系統(tǒng)功耗，提高了穩(wěn)定性，因此在密集空間中可以部署基于大量AMD 皓龍?zhí)幚砥鞯某売嬎銠C。

超傳輸總線(HT)搭建多核時代的高速公路

超傳輸總線(HyperTransport)技術(shù)是AMD所獨有的新一代芯片互聯(lián)總線技術(shù)，旨在提高電腦、服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)，以及網(wǎng)絡(luò)和電信設(shè)備的集成電路之間的通信速度。通過減少系統(tǒng)中的布線數(shù)量，減少系統(tǒng)瓶頸，CPU到CPU間的雙向帶寬可達6.4GB/秒，多至三條16-bit的超傳輸總線可帶來19.2GB/秒的傳輸帶寬,這消除了所有總線瓶頸問題，令CPU更加有效地在高端多處理器系統(tǒng)中使用系統(tǒng)內(nèi)存。直連架構(gòu)和超傳輸總線技術(shù)的完美結(jié)合，使基于AMD處理器的系統(tǒng)平臺在向未來多核計算擴展時更加靈活和簡單。

2006年，頻率更高，資源配置更靈活的HyperTransport3.0版本問世。HyperTransport3.0將工作頻率從HyperTransport2.0最高的1.4GHz猛增到2.6GHz，提升幅度幾乎達到一倍，同時還提供了32bit位寬，在高頻率(2.6GHz)、高位寬(32bit)的運行模式下，它可以提供高達41.6GB/s的總線帶寬，足以應(yīng)付未來3年內(nèi)顯卡和處理器對系統(tǒng)帶寬的需求。

為了加速HyperTransport3.0技術(shù)在超級計算系統(tǒng)中的擴展應(yīng)用，AMD還推出了第一個超傳輸總線的擴展接口規(guī)范HTX?；贖TX接口，超級計算機的系統(tǒng)制造商所添加的協(xié)處理器可以通過超傳輸總線與AMD皓龍?zhí)幚砥飨噙B，從而顯著提升超級計算系統(tǒng)在特定應(yīng)用上的計算能力。

真四核皓龍蓄勢待發(fā)

繼2005年率先在x86架構(gòu)服務(wù)器中引入真雙核技術(shù)后，AMD將在2007年中期推出代號為“巴塞羅那”的四核處理器，據(jù)稱是業(yè)界首個真正的四核架構(gòu)，即在同一硅片上整合四顆處理核心。AMD的真四核處理器采用65nm 絕緣硅(SOI)生產(chǎn)工藝、新增可擴展的共享三級緩存、128 位 的FPU(浮點運算單元)。AMD四核處理器的每個核心都具備“改進的分支預(yù)測”能力，可以在每個時鐘周期循環(huán)內(nèi)完成兩個128-bit載入、執(zhí)行最多四個雙精度浮點操作，以及兩個128-bit的SSE數(shù)據(jù)流，并支持SSE指令集擴展。

AMD實驗室的模擬測試表明，AMD四核皓龍?zhí)幚砥髟谛阅苌系玫搅舜蠓鹊奶嵘?，與現(xiàn)有的AMD雙核皓龍?zhí)幚砥飨啾?，四核皓龍在?yīng)用某些數(shù)據(jù)庫軟件時，性能提升高達70%。

除了性能上的提升，AMD四核皓龍?zhí)幚砥鬟€采用了“獨立核心動態(tài)調(diào)用”(DICE)的四核心電源管理技術(shù)。DICE不僅會根據(jù)系統(tǒng)負載智能分配各核心需要執(zhí)行的任務(wù)，還可以在處理器核心處于空閑狀態(tài)時將其轉(zhuǎn)入完全休眠狀態(tài)，從而大幅降低了功耗。與雙核皓龍相比，AMD四核皓龍功耗相同，從而進一步提高了皓龍的每瓦性能優(yōu)勢。

開放架構(gòu) 順應(yīng)未來超級計算發(fā)展趨勢

目前，超級計算多應(yīng)用于軍事、醫(yī)藥、氣象、生物研究等專門領(lǐng)域，全球超級計算系統(tǒng)中除了部分由大量通用計算機形成的超級計算集群外，大部分超級計算機都是針對某些特殊應(yīng)用而研發(fā)的的專用超級計算機，比如排名全球TOP500第二名由Cray公司研制的“紅色風暴”就是為專用計算而設(shè)計的。為了能夠進一步提高專用高性能計算機系統(tǒng)的性能，AMD在2006年11月推出了全球首款可滿足高性能計算特殊需求的專用流處理器AMD Stream ProcessorTM。這款處理器專為工作站和服務(wù)器等純計算系統(tǒng)而設(shè)計，采用被稱為 CTMTM(Close To Metal)的 AMD 新型瘦硬件接口，能夠顯著提高在金融分析、地震偏移分析、生命科學(xué)研究和其它應(yīng)用領(lǐng)域的計算性能。

第3篇：高性能計算范文

隨著能源需求不斷增加，全球易開采油田開始枯竭，根據(jù)《華爾街日報》報道，即便是石油儲藏富國――沙特阿拉伯，也開始轉(zhuǎn)向開采難度更大的重油資源?？梢姡瑢τ谟蜌赓Y源相對匱乏的中國，如何找到更多的油氣資源，相比于是否易于開采則顯得更加迫切了。

計算能力直線飆升

賴能和也來自中國石油東方物探公司，和“280隊”不同的是，他來自公司研究院處理中心。作為總工程師，他也擔負著一項同樣重要和辛苦的工作――地震波數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)階段最流行、最精準的油氣勘探法就是地震波法，其主要原理就是通過人工地震波，采集傳入地下深處的不同形態(tài)巖層形成的反射波，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)，并通過計算處理模擬勘探區(qū)域地下的地質(zhì)構(gòu)造。這樣便可以精確地找到存有石油或天然氣的巖層精確位置。由于地震波法勘探收集的數(shù)據(jù)通常都以TB計，在海洋勘探過程中收集到的數(shù)據(jù)容量更是會突破PB級，要處理這些海量的數(shù)據(jù)，必須依靠高性能計算。

賴能和告訴記者，目前他所在的處理中心的運算能力達到528萬億次/秒，比2010年增加了近200多萬億次/秒，其背后的原因就是數(shù)據(jù)計算量的直線增加。

“以深度偏移數(shù)據(jù)處理為例，從2008年占所有數(shù)據(jù)的7%，到2009年的14%、2010年的30%，今年更是已經(jīng)超過了60%，可見計算量增加了很多。再就是隨著‘逆時偏移’這樣的新算法的增加，它需要更加強大的計算能力做支撐。以目前處理中心計算能力而言，還遠遠不夠?！辟嚹芎驼f。

中國石油大慶油田公司勘探開發(fā)研究院總工程師張鐵剛也向記者表示，大慶油田在三維地震高分辨率地震勘探、大規(guī)模油藏計算等油田整體優(yōu)化的開發(fā)和規(guī)劃方面也都在加大對高性能計算的應(yīng)用。

“未來，隨著巖性油氣藏勘探、多波多分量地震數(shù)據(jù)處理解釋、精細油藏描述、剩余油分布研究等工作的深入，大慶油田高性能計算方面的工作將不斷深入?！睆堣F鋼說，“近兩年來，在英特爾的支持下，包括基于最新至強E7平臺的樣機都在我們那里進行了測試，例如多學(xué)科協(xié)同地震解釋等測試。在這個過程中，我們獲益匪淺。隨著需要分析的區(qū)塊越來越大，數(shù)據(jù)密度也越來越高，這些數(shù)據(jù)如何來解釋、如何以此提出有價值的地質(zhì)信息，必須進行地震解釋和地震屬性的計算以及三維可視化解釋，這都需要強大的高性能計算設(shè)備來支持?！?/p>

集裝箱數(shù)據(jù)中心大有作為

由于在靈活性、高密度等方面的優(yōu)勢，集裝箱數(shù)據(jù)中心越來越受到各方關(guān)注。但是往往是觀望的多、談?wù)摰亩?，真正?yīng)用的少。不過在石油物探領(lǐng)域，已經(jīng)有了第一個“吃螃蟹”的人。

來自中國石油川慶鉆探工程公司地球物理勘探公司（下稱川慶物探）的消息，他們已經(jīng)在實際勘探工作中引入了一套IBM集裝箱式數(shù)據(jù)中心。

川慶物探湯成兵告訴記者，近幾年來，按照西南油氣分公司對油氣勘探的要求，川慶物探公司所服務(wù)的項目，難度越來越大、項目周期越來越短。為了更好地服務(wù)油氣勘探，川慶物探公司推進了地震資料采集處理解釋一體化的工作，靠前處理解釋分中心便是一體化過程的較好體現(xiàn)。經(jīng)過兩年的分析調(diào)研，川慶物探最終采用了集裝箱式數(shù)據(jù)中心。

“這個數(shù)據(jù)中心采用20英尺鋼結(jié)構(gòu)貨柜為載體，采用高密度機房設(shè)計，包含252枚六核至強5650處理器的計算集群，PUE值達到了1.2，處理能力達到了3000平方公里的三維常規(guī)地震資料處理?！睖杀榻B說。

結(jié)合到東方物探公司的實際情況，賴能和也認為如果性價比合適的話，集裝箱式的處理中心，對于靠前數(shù)據(jù)處理是一個很好的應(yīng)用?！斑^去有些現(xiàn)場計算項目，就搬了幾臺機器在酒店里租了房子，數(shù)據(jù)計算結(jié)束后設(shè)備再搬回總部，實際上成本也是挺高的。對我們下一步的應(yīng)用，從環(huán)保、節(jié)能、安全上來說，集裝箱式的處理中心還是有一定的應(yīng)用前景的。”

平衡計算 應(yīng)用為本

在東方物探，每年用在數(shù)據(jù)處理上的電費已經(jīng)達到了2600萬元，雖然采用了各種節(jié)能降耗的手段，每年節(jié)省200余萬元，但是電費高居不下，仍舊讓賴能和不敢掉以輕心。為了增加計算能力，東方物探在2011年添置了100多套GPU系統(tǒng)，但是隨之而來的噪音問題，讓東方物探有些吃不消。“由于密度比較大，由GPU散熱風扇帶來的噪音非常大，跟飛機場的噪音差不多?！辟嚹芎驼f。

能耗、噪音這些問題，已經(jīng)成為提高計算能力之外，高性能應(yīng)用必須面對的話題。英特爾公司亞太區(qū)高性能計算解決方案架構(gòu)師David Scott博士表示，石油行業(yè)用戶要讓自己的高性能計算機在處理勘探數(shù)據(jù)時發(fā)揮最大效用，就必須從更高的層面考慮，構(gòu)建一個計算、存儲和網(wǎng)格組件之間性能保持平衡、彼此配合“融洽”，具備性能、高能效、易管理的高性能計算數(shù)據(jù)中心，這樣才能獲得最高的業(yè)務(wù)執(zhí)行效率和最佳的投資回報。

在這一理念下，英特爾認為整個數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備就相當于一個智能的大腦，擔負計算任務(wù)的服務(wù)器就如同其專門判斷和處理信息的神經(jīng)元；存儲設(shè)備則是可以收納海量信息，并隨時準備接受訪問和更新的記憶細胞，而網(wǎng)絡(luò)就是連通所有這些神經(jīng)元和記憶細胞的神經(jīng)連接，惟有三者在性能和功能上盡量實現(xiàn)平衡，才能實現(xiàn)最無縫的配合，以及1+1+1>3的應(yīng)用效果。

英特爾這種從應(yīng)用出發(fā)、平衡計算的理念，也得到了石油行業(yè)用戶的回應(yīng)?！霸谝M地震處理計算集群以后，包括引進了用于油藏數(shù)值模擬的集群以后，英特爾一直和我們一起進行性能優(yōu)化測試，利用英特爾的性能分析工具，幫助我們優(yōu)化分析軟件系統(tǒng)，指導(dǎo)系統(tǒng)優(yōu)化配置和調(diào)整。這些都為提高我們地震處理、數(shù)模計算的能力帶來了很大的幫助和支持?！睆堣F剛說。

浪潮集團高性能服務(wù)器產(chǎn)品部總經(jīng)理劉軍也認為，高性能計算系統(tǒng)峰值性能已經(jīng)不是衡量高性能計算水平的根本尺度。只有高性能計算與行業(yè)應(yīng)用深入結(jié)合，充分匹配和滿足應(yīng)用計算需求，才能體現(xiàn)出高性能計算產(chǎn)品不僅“好用”，還能“用好”。劉軍介紹說：“浪潮為服務(wù)好用戶應(yīng)用創(chuàng)新專門成立了一支應(yīng)用軟件開發(fā)團隊，近年來在石油領(lǐng)域開展了卓有成效的應(yīng)用開發(fā)和優(yōu)化工作。浪潮圍繞行業(yè)應(yīng)用需求進行了多項產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新，包括國產(chǎn)32路大內(nèi)存cc-NUMA高端服務(wù)器、8路胖節(jié)點、PB級海量存儲系統(tǒng)、千萬億次超級計算機、基于國產(chǎn)處理器的全國產(chǎn)服務(wù)器等。”

鏈接

集成眾核架構(gòu)引領(lǐng)行業(yè)走向百億億次計算時代

通用圖形處理器(GPGPU)加速的方式在高性能計算領(lǐng)域應(yīng)用的趨勢越來越明顯。與此同時，英特爾也在不斷加速對于高性能并行計算專用加速技術(shù)的研究與開發(fā)。

與其他IT廠商提供的類似產(chǎn)品或解決方案相比，英特爾集成眾核（MIC）架構(gòu)由于采用了已被業(yè)界廣泛接受和應(yīng)用的IA架構(gòu)，因此其相關(guān)應(yīng)用的開發(fā)和優(yōu)化也沿用了用戶們熟悉的編程模型和編程環(huán)境，這使得用戶可以利用英特爾軟件開發(fā)和優(yōu)化工作的特別版本，在非常短的時間內(nèi)將其現(xiàn)有的、運行在英特爾架構(gòu)處理器平臺上的高性能計算應(yīng)用遷移到基于MIC架構(gòu)的產(chǎn)品上運行，并通過簡單的優(yōu)化就能獲得可觀的性能提升，而這將為用戶帶來應(yīng)用性能的迅速增長和既往軟件投資得以保全的雙重收益。

第4篇：高性能計算范文

計算機輔助設(shè)計（CAD）在設(shè)計企業(yè)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，有效解決了設(shè)計效率的問題，例如利用參數(shù)化設(shè)計，可以對設(shè)計進行輕松修改。而工程仿真，也叫做計算機輔助工程（CAE），可以用數(shù)值方法模擬設(shè)計對象的功能特性，從而完全或部分代替物理樣機或試驗驗證，并引導(dǎo)更優(yōu)化的設(shè)計。對比傳統(tǒng)實驗手段，CAE可以縮短研發(fā)周期，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，積累研發(fā)知識，節(jié)約研發(fā)成本。在很多制造企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計中，CAE都承擔著大量關(guān)鍵的業(yè)務(wù)。

不過，由于工程仿真的軟件種類非常龐雜，按照專業(yè)不同，可以將其分為：結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、多體動力學(xué)、碰撞仿真、噪聲分析等。如何將這些多樣化的CAE軟件資源統(tǒng)一管理起來并進行動態(tài)調(diào)配及監(jiān)控，已經(jīng)成為企業(yè)CAE應(yīng)用的一大難題。

目前設(shè)計行業(yè)中的航空航天、能源、冶金等大量使用到ANSYS、ABAQUS、3DMAX等軟件，但很多設(shè)計企業(yè)仍然沿用單機運行方式，計算資源大多呈現(xiàn)分散無序的狀態(tài)，伴隨資源的發(fā)展不可避免的呈現(xiàn)出以下矛盾：硬件資源利用無序且低效；軟件資源分配缺乏合理性；資源調(diào)度與項目要求不匹配；數(shù)據(jù)、流程安全保障手段弱；資源請求方式亟需簡化。

而采用高性能計算平臺則能夠很好地解決企業(yè)所遇到的這些矛盾。高性能計算平臺能夠?qū)⒏黝怌FD、動力學(xué)、電磁、噪聲、性能等仿真應(yīng)用軟件（如NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、FLUENT、ADAMS、STAR-CCM+、LS-DYNA等）、高性能計算硬件資源、高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)資源以及對資源的管理調(diào)度，以一種WEB服務(wù)的形式提供給仿真分析人員，從而實現(xiàn)將傳統(tǒng)的仿真軟件工具發(fā)展成為“企業(yè)云”中的在線計算資源，大幅降低高性能計算資源的利用門檻，有效提高仿真計算工作效率。

在高性能計算平臺的工作場景中，用戶可以從多個層面切身體驗云計算模式的便利性與高效性：仿真分析人員不再需要進行繁瑣的客戶端配置和操作，也不再需要關(guān)心服務(wù)器端軟硬件資源的配置、管理、維護甚至升級，只需要通過標準的Internet瀏覽器，就能夠登陸平臺，方便、快捷的開展仿真計算工作；

研發(fā)管理人員不再需要進行費時費力的仿真研發(fā)工作報告的搜集、整理工作，經(jīng)過流程定制后的管理門戶將隨時可以自動出具當前項目進展報表、軟硬件資源使用情況；

研發(fā)機構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)不再需要擔心軟硬件投入理由缺乏論證數(shù)據(jù)，也不再將企業(yè)計算中心視為永遠的成本中心，管理門戶可以用翔實的數(shù)據(jù)、直觀的圖表闡明計算中心的價值所在，并可以詳細預(yù)測后期軟硬件資源的投資需求及短板。

可以預(yù)見，隨著工程仿真技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)中的廣泛應(yīng)用、CAD-2-Mesh方式的流行、非線性技術(shù)的普及、多物理場耦合仿真以及多學(xué)科優(yōu)化等技術(shù)的推廣，高性能計算將成為企業(yè)研發(fā)的重要技術(shù)手段。

不過，當企業(yè)在設(shè)計CAE高性能計算整體解決方案時，要充分考慮需求，比如資金預(yù)算、問題類型、分析規(guī)模、用戶數(shù)量、軟件License個數(shù)等，以此來確定最終的硬件選型。特別是在軟件選擇方面，應(yīng)能滿足以下應(yīng)用：

1、可以集成數(shù)值仿真軟件并進行調(diào)用接口封裝工作，將其從固定化軟件工具轉(zhuǎn)變成實時在線的仿真計算服務(wù)資源，方便即需即用；

2、封裝所有的HPC操作指令等復(fù)雜操作，普通計算用戶無需參加任何培訓(xùn)即可使用，同時可以了解自己的資源利用權(quán)限；

3、需要智能化監(jiān)控軟件License資源并實現(xiàn)精細化管理，在保證科學(xué)分配計算資源的同時可以提供詳細的License利用情況分析報表，進一步揭示計算資源瓶頸；

第5篇：高性能計算范文

關(guān)鍵詞：CAE 高性能 計算平臺

中圖分類號：TP338 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0227-01

1 CAE高性能計算平臺的需求和挑戰(zhàn)

計算機輔助工程（CAE，Computer Aided Engineering）是用計算機輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。CAE從60年代初在工程上開始應(yīng)用到今天，現(xiàn)已成為工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析中（如航空、航天、機械、土木結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域）必不可少的數(shù)值計算工具，同時也是分析連續(xù)介質(zhì)力學(xué)各類問題的一種重要手段。

2 CAE的主要步驟

CAE 應(yīng)用程序基本可以分成兩大類，一類是共享內(nèi)存應(yīng)用程序，一類是分布式內(nèi)存應(yīng)用程序。其主要有三個步驟，第一步是建模亦即前處理，通常在工作站上進行；第二步是求解過程，這是至關(guān)重要的一步，需要占用大量的CPU、內(nèi)存資源以及存儲空間，通常是在高性能計算機上完成。這個過程涉及到的軟件有Fluent、Ansys、Nastran、Ls-Dyna等；第三步是后處理過程，對計算結(jié)果進行處理分析，通常也是在工作站上完成。CAE計算的核心內(nèi)容是高性能計算。為了使高性能計算機系統(tǒng)能夠更好的滿足CAE應(yīng)用軟件的需求，需要對主流CAE軟件進行深入分析。

3 CAE高性能的主要解決方案

通過對CAE軟件的分析我們可以了解到，對于大部分CAE應(yīng)用，對于節(jié)點間并行MPI支持非常好，適合在雙路計算節(jié)點上運行，做通用計算，而部分CAE軟件對內(nèi)存的需求比較高，則適合在胖節(jié)點上用OpenMP方式來計算，因此我們推薦大內(nèi)存的四路或者八路服務(wù)器作為集群胖節(jié)點。通過對于CAE應(yīng)用性能的專業(yè)化分析和匯總，提供針對化的解決方案。在高性能應(yīng)用集群主要解決CAE軟件應(yīng)用中的一下幾個主要問題。

3.1 工作站解決方案

主要用于前后處理方面的工作，用于網(wǎng)格劃分和可視化顯示。由于對于服務(wù)器顯示和處理能力的要求都比較高，因此我們推薦使用帶有專業(yè)級顯卡的工作站配置。

3.2 計算節(jié)點解決方案

顯示算法和隱式算法對計算能力的需求不用，方案配置了雙路節(jié)點，適合于分布式內(nèi)存的顯示計算和流體軟件CFD的計算，配置了多路胖節(jié)點適合于共享內(nèi)存的隱式計算。不同架構(gòu)的設(shè)計體現(xiàn)針對化專業(yè)化的解決方案。

3.3 網(wǎng)絡(luò)帶寬問題解決方案

在大型CAE軟件應(yīng)用中，并行化對于網(wǎng)絡(luò)延時和帶寬的要求很高，因此要根據(jù)需求配置了以太網(wǎng)交換環(huán)境或者更快的40Gb的Infiniband網(wǎng)絡(luò)，滿足所有節(jié)點無阻塞的計算交換需求，網(wǎng)絡(luò)延時低。

3.4 存儲帶寬問題的解決方案

部分CAE軟件在計算過程中，會產(chǎn)生大量臨時文件，一個優(yōu)秀的存儲系統(tǒng)能夠滿足軟件對于網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。浪潮不僅可以提供了專業(yè)級的直連存儲，更有8Gb接口的光纖存儲系統(tǒng)，通過專有的存儲節(jié)點構(gòu)建Lustre并行文件系統(tǒng)，接入以太網(wǎng)，甚至40GB的Infiniband網(wǎng)絡(luò)，不至于出現(xiàn)CPU等待數(shù)據(jù)計算的情況，大大提高了計算效率。

4 解決方案的注意事項

4.1 計算系統(tǒng)緊密結(jié)合客戶應(yīng)用

在高性能系統(tǒng)設(shè)計的過程中要充分考慮CAE客戶典型應(yīng)用，針對客戶應(yīng)用定制化開發(fā)系統(tǒng)。針對隱式有限元分析應(yīng)用浪潮配置胖節(jié)點，可選八路胖節(jié)點；針對流體類應(yīng)用配置雙路主流計算節(jié)點，針對前后處理可選圖形工作站，塔式、機架可選；存儲方面可提供NAS存儲、光纖存儲、IB SAN存儲等方案，對于IO帶寬需求特別高的場合，可以配置性能較好、兼容性較高的并行文件系統(tǒng)。

4.2 完善互聯(lián)系統(tǒng)

管理網(wǎng)絡(luò)采用萬兆為主干的千兆線速網(wǎng)絡(luò)，可開辟對教育網(wǎng)/公網(wǎng)的獨立IP，實現(xiàn)廣域網(wǎng)用戶登錄使用集群；IPMI網(wǎng)絡(luò)采用非線速千兆交換機，互聯(lián)所有節(jié)點，管理員通過辦公用機可實現(xiàn)集群的帶外管理；KVM本地監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通過鏈方式，最多實現(xiàn)960臺計算機的KVM監(jiān)管；計算網(wǎng)絡(luò)采用IB網(wǎng)絡(luò)全線速互聯(lián)，帶寬達到56Gb/s，延時1微秒內(nèi)，充分保證計算中間數(shù)據(jù)交互。

4.3 確保調(diào)度系統(tǒng)先進高效

集群管理軟件要通過瀏覽器（IE，firefox等）進行操作，全面實現(xiàn)集群的監(jiān)控、管理、報警的軟件，用戶通過ClusterEngine圖形界面提交自己的科學(xué)計算任務(wù)，ClusterEngine會根據(jù)集群中的資源使用情況和作業(yè)的資源要求數(shù)量來合理的調(diào)度用戶提交的作業(yè)，從而達到提高資源利用率和作業(yè)的執(zhí)行效率的作用。ClusterEngine還可以為集群管理員統(tǒng)計作業(yè)的資源消耗情況和用戶的資源使用情況，并生成報表，為集群管理員優(yōu)化系統(tǒng)提供依據(jù)。

4.4 確保集群系統(tǒng)綠色節(jié)能

所有節(jié)點盡量采用80PLUS高效電源，提高電源轉(zhuǎn)換效率，降低用戶運維成本。結(jié)合Cluster Engine節(jié)能組件，可以自動將空閑資源設(shè)置為待機或者關(guān)機狀態(tài)，整體節(jié)能至少會降低20%。

5 結(jié)語

自二十世紀六十年代以來CAE技術(shù)得到飛速發(fā)展，其原動力是不斷增長的工業(yè)需求，這其中航天航空、能源動力等領(lǐng)域是其發(fā)展的強大的推動力。如大型復(fù)雜飛行器結(jié)構(gòu)的流-固耦合計算，涉及計算空氣動力學(xué)、計算燃燒學(xué)、計算傳熱學(xué)、計算結(jié)構(gòu)力學(xué)等眾多學(xué)科，目前CAE已成為航空、航天、能源動力等工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的研究手段。CAE高性能計算平臺的建設(shè)，對于企業(yè)生產(chǎn)目標的實現(xiàn)，有核心的基礎(chǔ)技術(shù)支撐作用。

參考文獻

第6篇：高性能計算范文

中國超算的發(fā)展速度贏得了世界的關(guān)注，國際超算權(quán)威專家、TOP500的發(fā)起人之一Hans Werner Meuer 博士用“big shocker”極具震撼力來形容中國超算的發(fā)展。

就在近日，國際TOP500組織在德國舉行的2015年國際超級計算機大會上全球超級計算機500強最新榜單，中國“天河二號”以每秒33.86千萬億次的浮點運算速度第五次蟬聯(lián)冠軍。

談到超級計算機，相信大家都太陌生，它能夠提供超高的性能，其一般主要應(yīng)用于科學(xué)計算、工程模擬、動漫渲染等領(lǐng)域，這些應(yīng)用大多屬于計算密集型的應(yīng)用。而云計算則是在近兩年隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來的新興計算，其依靠著靈活的擴展能力主要應(yīng)用于社交網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)IT建設(shè)和信息化等數(shù)據(jù)密集型、I/O密集型領(lǐng)域。

在橡樹嶺國家實驗室有一個研究設(shè)施SNS（散裂中子源），它構(gòu)建于2006年，曾引爆過世界上最強的材料中子束，幫助物理學(xué)家和化學(xué)家了解材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)是如何形成的。

SNS產(chǎn)生了大量數(shù)據(jù)，它們需要被徹底分析。而科學(xué)家們相信，他們可以利用深度學(xué)習(xí)算法快速識別數(shù)據(jù)類型，并提升分析能力。識別數(shù)據(jù)類型是深度學(xué)習(xí)的專長。

但問題是，對于科學(xué)模擬來說，每次產(chǎn)生700TB數(shù)據(jù)似乎太正常不過了，不過這比美國國會圖書館所有信息加起來的量還要大。

應(yīng)用方面，高性能計算機可稱得上是行業(yè)應(yīng)用的強力助手。中石油川慶鉆探地球物理研究所計算所所長鄧亞力在接受本站記者采訪時表示：作為新一代的數(shù)據(jù)中心，在石油勘探應(yīng)用方面最受關(guān)注的重點依然是性能。此次中石油部署的PMDC集裝箱數(shù)據(jù)中心也表現(xiàn)優(yōu)異。其采用了標準的20英尺集裝箱，借助現(xiàn)代化物流可快速部署至全球任何地區(qū)。同時，采用高密度設(shè)計，使PMDC的占地面積很小，僅相當于同等性能數(shù)據(jù)中心占地面積的1/4。

據(jù)華大基因高性能計算研發(fā)主管王丙強博士介紹，GPU多流處理器架構(gòu)以及超高的顯存位寬和頻率能夠帶來巨大的性能提升，在基因研究方面普遍可以帶來10～20倍左右性能提升，如果說DNA上有一個點發(fā)生的基因突變，僅計算那一部分大概就可以提升70多倍。

原來在華大基因自己高性能計算平臺上做，大概要好幾年才能算完，后來轉(zhuǎn)移到到天河一號A上去，用超級計算機加上NVIDIA Tesla GPU加速，只要5個多小時就能完成。

第7篇：高性能計算范文

[關(guān)鍵詞]高性能計算中心 辦公自動化 B/S 新聞管理

[中圖分類號]TP311.1 [文獻標識碼]A [文章編號]1009-5349（2013）07-0018-02

引言

隨著芯片的不斷發(fā)展和多核與眾核計算機體系結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，高性能計算模型無論在硬件還是軟件上都得到了迅速的發(fā)展。應(yīng)用高性能計算系統(tǒng)輔助科研與教學(xué)如今已成為國內(nèi)各大知名院校的共識，高校高性能計算中心為學(xué)校學(xué)科建設(shè)的長遠發(fā)展提供強有力的支撐條件，為科技創(chuàng)新和重大工程應(yīng)用提供服務(wù)，滿足高校多學(xué)科領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡嬎愕男枨?，有利于高校未來綜合競爭力的提升。[1]針對高校高性能計算中心的服務(wù)對象與工作需求的不同，設(shè)計集新聞與管理、用戶信息錄入與上機申請?zhí)峤弧①Y源下載等功能于一體的OA系統(tǒng)成為迫切要求。與傳統(tǒng)單一的具備新聞功能的OA系統(tǒng)不同，高校高性能計算中心OA系統(tǒng)更強調(diào)用戶的使用需求，為用戶上機申請?zhí)峁┚€上提交支持。本系統(tǒng)采用Tomcat+JSP+MySQL框架、B/S體系結(jié)構(gòu)，增加了中心協(xié)同辦公的能力，從而大幅提高了工作效率。

一、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)采用B/S（Browser/Server）即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在B/S體系結(jié)構(gòu)中，用戶通過瀏覽器向服務(wù)器發(fā)出請求，服務(wù)器對請求進行分析處理，將用戶所需信息返回給瀏覽器。[2]該結(jié)構(gòu)的重點在服務(wù)器端的開發(fā)與維護，客戶端通過瀏覽器即可訪問web應(yīng)用。這種結(jié)構(gòu)減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量，簡化了客戶端電腦負荷，降低了用戶的總體成本。[3]B/S三層結(jié)構(gòu)分別為：表示層、功能層和數(shù)據(jù)層如圖1所示。

（一）表示層

表示層負責從web瀏覽器向網(wǎng)絡(luò)中某一服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求、接收服務(wù)器端返回的信息結(jié)果并把它顯示在瀏覽器上，同時負責簡單的數(shù)據(jù)驗證和格式化等功能。

本系統(tǒng)中表示層由JSP頁面組成，包括登陸界面及前臺簡單的防SQL注入、上機申請信息錄入和新聞列表與新聞內(nèi)容動態(tài)頁面的顯示等功能。使用css樣式表進行網(wǎng)頁風格設(shè)計。

（二）功能層

功能層封裝了實際業(yè)務(wù)邏輯，是整個web應(yīng)用系統(tǒng)的核心[4]，實現(xiàn)表示層與數(shù)據(jù)層間的數(shù)據(jù)通信，包括事務(wù)處理、權(quán)限處理等操作。

系統(tǒng)的功能層主要進行數(shù)據(jù)驗證、流向、事務(wù)、權(quán)限等，將數(shù)據(jù)層取出的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存在內(nèi)存中，用于在系統(tǒng)的各個功能模塊間傳輸，而不直接操作數(shù)據(jù)源。

（三）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層為功能層提供與數(shù)據(jù)源交互的最小操作方式，可以理解為數(shù)據(jù)層就是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，負責對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的讀寫、存取和管理等工作以及訪問數(shù)據(jù)的安全性、完整性和一致性，功能層完全依賴數(shù)據(jù)層所提供的服務(wù)。

二、系統(tǒng)開發(fā)工具與實現(xiàn)技術(shù)

考慮到JSP較高的運行效率與安全性，以及對Java的強大支持，本系統(tǒng)采用JSP作為網(wǎng)頁開發(fā)語言。而Tomcat是一個免費開源的輕量級web應(yīng)用服務(wù)器，其對JSP和Servlet的強大支持以及穩(wěn)定的性能成為本系統(tǒng)部署的首選。而MySQL在網(wǎng)站開發(fā)中的廣泛應(yīng)用和開放源碼顯著降低了本系統(tǒng)開發(fā)的成本?；谶@些工具的優(yōu)點，本系統(tǒng)采用Tomcat+JSP+MySQL框架[5-6]、B/S體系結(jié)構(gòu)，應(yīng)用的主要技術(shù)如下：

JSP（Java Server Page）技術(shù)是一種類似于ASP的動態(tài)網(wǎng)頁技術(shù)標準，鑒于JSP[7]開發(fā)web應(yīng)用的跨平臺性，適用于中心基于Linux操作系統(tǒng)下的web開發(fā)。JSP頁面中可插入Java代碼以封裝產(chǎn)生動態(tài)網(wǎng)頁的處理邏輯，也可在servlet中實現(xiàn)操作數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)頁重定向的功能。JSP將網(wǎng)頁邏輯與顯示分開設(shè)計，也就是將表示邏輯從Servlet中分離出來。

JavaScript是通常用來在客戶端給網(wǎng)頁添加動態(tài)功能的腳本語言，[8]其用以響應(yīng)用戶的各種操作，進行簡單的輸入驗證。同時，JavaScript又是面向?qū)ο蠛褪录?qū)動的。面向?qū)ο蟊ＷC了程序的直觀化、模塊化和可重用性。絕大部分事件是由用戶的動作引發(fā)的，如點擊鼠標或鼠標指針移動等。JavaScript[9]不需要在服務(wù)器端運行，只需在客戶端的瀏覽器上就可執(zhí)行，顯然減輕了服務(wù)器的負擔，但弱點是安全性較差。單純在前臺使用JavaScript進行輸入驗證并不能完全保證系統(tǒng)安全，因為惡意攻擊可能繞過前臺過濾直接對數(shù)據(jù)庫進行注入，所以系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫進行存取前應(yīng)該在后臺同樣進行安全性檢查。

CSS（Cascading Style Sheet級聯(lián)樣式表），顧名思義是用來定義網(wǎng)站外觀風格的。常見的樣式表使用方式有三種：網(wǎng)頁鏈接外部css文件、網(wǎng)頁嵌入css和網(wǎng)頁元素內(nèi)嵌css。外部樣式表使用方式可實現(xiàn)統(tǒng)一多個網(wǎng)頁風格的效果，在樣式表中進行更改便會反映到所有鏈接該樣式表的網(wǎng)頁上[10]，嵌入和內(nèi)嵌樣式表又可以實現(xiàn)不同頁面的風格化。DIV+CSS的網(wǎng)頁布局[11]方法可以實現(xiàn)分離的網(wǎng)頁內(nèi)容與表現(xiàn)設(shè)計，與table表格定位技術(shù)相比，頁面代碼更加精簡，從而提升了瀏覽訪問速度和用戶體驗。

正則表達式是指對符合某個句法規(guī)則的字符串進行描述或匹配的邏輯公式。[12]正則表達式雖然比較晦澀，但其表達靈活，邏輯簡短，可以用極簡單的方式實現(xiàn)復(fù)雜的控制，因此，在字符串處理中得到了廣泛的應(yīng)用。在計算機科學(xué)中，我們經(jīng)常用正則表達式對字符串進行過濾，也可從字符串中獲得想要的特定部分。

SmartUpload[13]是一個可以實現(xiàn)文件上傳和下載的免費組件。使用SmartUpload使文件的上傳下載及刪除變得簡單易行，并能獲得上傳文件的全部信息，方便對文件進行處理和下載。

數(shù)據(jù)庫連接池是針對數(shù)據(jù)庫連接管理以提高應(yīng)用程序的安全和性能而提出的。數(shù)據(jù)庫連接池負責數(shù)據(jù)庫連接的分配、管理和釋放，可以明顯提高操作數(shù)據(jù)庫的性能。[14]同時，在對數(shù)據(jù)庫的存取、更新等操作中，使用PreparedStatement接口來代替Statement，不但增強了代碼的可讀性和可維護性，而且提高了操作數(shù)據(jù)庫的安全性，有效地防止了SQL注入。

三、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

結(jié)合高性能計算中心[15]的工作需求，系統(tǒng)主要有四大功能模塊，分別為后臺新聞管理模塊、用戶上機申請模塊、用戶登陸模塊和資源下載模塊，具備了新聞采集、整理和以及用戶上機申請信息錄入等中心辦公自動化要求的功能，如圖2所示。

（一）后臺新聞管理模塊

該模塊包括新聞列表、搜索與動態(tài)顯示，以及新聞添加、修改編輯和刪除等功能。其中新聞添加時可設(shè)定標題和內(nèi)容，通過SmartUpload組件實現(xiàn)圖片和附件文件的上傳，添加前可進行預(yù)覽和修改，為保證系統(tǒng)安全新聞后臺模塊使用RBAC（基于角色的訪問控制）模型[16]進權(quán)限控制。

（二）用戶上機申請模塊

有使用中心資源需求的用戶可在此進行信息錄入，完成“XX高性能計算中心上機申請表”的填寫、修改、確認和提交。防止SQL注入，信息錄入和提交時分別在前臺和后臺使用正則表達式對輸入信息進行過濾。

（三）用戶登陸模塊

用戶提交上機申請后可以使用注冊時的賬戶ID和密碼進行登陸，登陸后可查詢用戶信息、修改登陸密碼和打印上機申請表。輸入信息和登陸時同樣分別在前臺與后臺采取防SQL注入措施，同時使用session保持用戶進行“對話”的狀態(tài)信息。

（四）資源下載模塊

提供報銷單填寫模板、用戶使用手冊和相關(guān)工具軟件等資源下載功能。將資源存于Tomcat中的webapps的相應(yīng)目錄下，使用超鏈接進行下載。

四、結(jié)語

本文結(jié)合高校高性能計算中心的服務(wù)對象與工作需求，闡述了高校高性能計算中心OA系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計、體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)工具及實現(xiàn)技術(shù)。系統(tǒng)集新聞與管理、用戶信息錄入與上機申請?zhí)峤弧①Y源下載等功能于一體，簡化了用戶的申請流程，大大提高了中心的辦公效率。后續(xù)的研究工作主要集中在集群日志信息的提取與挖掘、集群監(jiān)測和故障信息統(tǒng)計與成像功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

【參考文獻】

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第8篇：高性能計算范文

[關(guān)鍵詞]高性能計算；數(shù)據(jù)處理能力；石油勘探；云計算技術(shù)

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.20.055

1 高性能計算在石油勘探開發(fā)方面的發(fā)展趨勢

1.1 國外的發(fā)展趨勢

目前，高性能計算機的性能的速度每年都在快速增長，使其不斷向前發(fā)展，其應(yīng)用由主攻科學(xué)計算和工程計算領(lǐng)域，延伸到網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)和商業(yè)自動化領(lǐng)域。

為了提高性能，降低系統(tǒng)功耗，減少占地空間和解決編程和管理較麻煩等問題，高性能計算機技術(shù)在發(fā)展的同時不斷融入許多新的內(nèi)容。例如，美國，日本和其他國家試圖運用科學(xué)和計算機體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展結(jié)合在一起提供一種新的方法，以此開出一條高性能計算機發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展道路。同時，基于網(wǎng)格技術(shù)和以商業(yè)節(jié)點為基礎(chǔ)的高性能計算系統(tǒng)發(fā)展非常迅速，其系統(tǒng)的性價比高，研制速度快，美國和歐洲的許多國家紛紛在這類高性能計算機系統(tǒng)研發(fā)上投巨資。為了進一步提高高性能計算機的綜合能力，美國正在研究采用包括超導(dǎo)、光互聯(lián)和超大規(guī)模集成電路等多項先進的技術(shù)和工藝。此外，基于量子運算的超高性能計算機的研究，目前正處于理論階段。

1.2 國內(nèi)的發(fā)展趨勢

（1）標準化和集成化的需求：將集群技術(shù)標準化，促進了高性能計算機生產(chǎn)的快速發(fā)展，同時集成化的集群技術(shù)，又拓寬了高性能計算機的應(yīng)用范圍。堅持標準化與集成化特性和不斷創(chuàng)新技術(shù)，高性能計算機的應(yīng)用前景會越來越繁榮。

（2）集群式高性能計算機的發(fā)展：集群體系結(jié)構(gòu)的高性能計算機，指用標準化的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將高性能部件連接起來而形成的?？茖W(xué)計算、事務(wù)處理和信息服務(wù)應(yīng)用等工作都可以在這個系統(tǒng)平臺上進行。其優(yōu)勢在于它性價比很高并且具有較高的可靠性和可擴展性，低成本和易維護等。隨著計算機性能的迅速提升和價格的進一步下降，集群式高性能計算機的應(yīng)用呈現(xiàn)出了蓬勃景象。

（3）網(wǎng)格計算技術(shù)的應(yīng)用：伴隨著高性能計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)格計算技術(shù)應(yīng)運而生，是針對復(fù)雜的科學(xué)計算的一種全新的計算模式。它主要是通過互聯(lián)網(wǎng)把許多分散在不同地理位置的計算機連接起來，形成巨大的高性能計算機。該技術(shù)，在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮了很大作用，成效令人矚目。網(wǎng)格計算技術(shù)的推廣和應(yīng)用，定會使石油工業(yè)的未來更加繁榮。

2 高性能計算在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在石油工程中，數(shù)據(jù)的處理不容忽視，一點誤差就會帶來很大的損失，這就要求計算機系統(tǒng)有非常高的計算能力，尤其在石油勘探中。石油勘探開發(fā)是石油工程的重要組成部分，將在石油的勘探開發(fā)中采收集的大量數(shù)據(jù)進行分析，從而判斷油儲的分布情況。一般是先根據(jù)這些數(shù)據(jù)畫出數(shù)據(jù)場的等值線，再交由專業(yè)人員分析油的分布，有多少油，可想而知這樣的處理方式必會受到限制。另外等值線是二維的，不能形成三維立體的畫面，結(jié)果浪費大量的信息的同時又沒有得到我們所期望的結(jié)果。如果利用計算機技術(shù)和可視化技術(shù)，就可以從這些龐大的地震勘探數(shù)據(jù)中構(gòu)造出三維實體，顯示參數(shù)，直觀地再現(xiàn)油藏的地質(zhì)構(gòu)造以及油藏參數(shù)在石油開發(fā)過程中的變化，給專業(yè)人員準確分析和解釋原始數(shù)據(jù)提供了巨大幫助。這樣的分析將更加準確，定位更加科學(xué)，降低石油勘探開發(fā)的成本。因此，為了取得勘探的最佳效益，使用高性能計算處理這些海量數(shù)據(jù)成為必然，這也成為高性能計算在石油勘探領(lǐng)域高需求的主因。

目前，在石油勘探中從采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、油氣藏描述到開發(fā)、鉆井乃至管理整個油田生命周期和對生命周期的經(jīng)濟評價，全都靠計算機完成。高性能計算機技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，隨著科技的發(fā)展，不僅應(yīng)用在石油化工領(lǐng)域，在氣象預(yù)報、核能模擬和生物工程等領(lǐng)域都得到應(yīng)用，取得了顯著的成績。尤其在石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，高性能計算機的應(yīng)用占據(jù)了不可或缺的地位，在許多方面象征著高性能計算機技術(shù)的發(fā)展水平。

3 高性能計算面臨的問題

面對石油勘探行業(yè)的特殊性和復(fù)雜性，高性能計算如何滿足越來越高要求的數(shù)據(jù)處理能力成為首要任務(wù)。但是目前在計算性能、系統(tǒng)建設(shè)與運行成本等方面使得高性能HPC集群計算機系統(tǒng)已經(jīng)面臨著許多問題，主要表現(xiàn)在三大方面：

一是CPU處理器性能無法滿足對計算能力的需求；

二是石油勘探高速增長的數(shù)據(jù)和存儲擴容越來越不匹配；

三是能耗制約越來越嚴重，高性能計算機體積大、耗電多以及對計算機房空間、空調(diào)、電量需求大。

總的說來，就是傳統(tǒng)的高性能計算方法已無法滿足目前石油勘探行業(yè)對計算能力越來越高的要求和對數(shù)據(jù)處理的大需求，更無法滿足石油勘探發(fā)展與應(yīng)用的需要，這必然導(dǎo)致其會成為制約石油勘探發(fā)展的因素。面對這些嚴峻迫切的問題，如何盡快找到滿足高性能計算需求的方法成為石油勘探行業(yè)關(guān)注的熱點。

4 云計算破局石油勘探高性能計算需求

從目前的形式來看，實現(xiàn)靈活的可伸縮性成為解決石油勘探行業(yè)面臨的三大困境的唯一解決之道。也就是要構(gòu)建滿足石油勘探高性能需求系統(tǒng)的幾大重要點：一是使高性能計算機具有可拓展可伸縮性的計算能力；二是能夠?qū)崿F(xiàn)對相當大的存儲容量的負載和存儲容量的可伸縮性；三是能夠?qū)τ嬎隳芰唾Y源進行更好的管理。因此，許多業(yè)內(nèi)人士將打破石油勘探高性能計算需求局面的希望投向了云計算。

其實，對高性能計算而言，云計算這個概念并不陌生。例如存在一種早期的云計算模式，它把昂貴的計算資源集中部署和集群應(yīng)用，這就是已經(jīng)發(fā)展近30年的超級計算中心。但這種高計算服務(wù)不同于當前所談?wù)摰脑朴嬎?。目前的云計算是傳統(tǒng)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，這些技術(shù)包括分布式計算、并行計算、網(wǎng)格計算、效用計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、負載均衡等。其目的是運用網(wǎng)絡(luò)把一些較低成本的計算實體整合起來，打造一個具有強大計算能力的系統(tǒng)。如果有效的管理和調(diào)度這些用網(wǎng)絡(luò)連接的計算資源，建立一個計算資源池以服務(wù)用戶，成為云計算的核心思想。

第9篇：高性能計算范文

[關(guān)鍵詞]協(xié)同研究 遠程訪問 PLATFORM 一體化應(yīng)用平臺 自助式智能集群部署

中圖分陳類號：TP393.4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）34-0217-01

1 問題的提出

大港油田信息中心當前對于計算資源的使用與管理，采用傳統(tǒng)的集群式管理方案，這種資源固定分配的方式雖然能夠為相應(yīng)部門分配適用的資源，但是對于部門間需求的改變以及資源的按需調(diào)整無法提供一個靈活的、便捷的方法。無形中增加了資源管理部門的工作量以及工作難度，同時也無法將現(xiàn)有計算資源的利用充分的發(fā)揮出來。其次，信息中心所管理的數(shù)模、建模等應(yīng)用軟件，希望能夠以桌面云的方式為用戶提供遠程訪問接口，并且按需來自動分配登陸，改變傳統(tǒng)的手動建立VNC登陸服務(wù)。

針對于此類問題，為大港油田信息中心建立一套完整的云管理平臺，在此基礎(chǔ)之上再根據(jù)信息中心針對于業(yè)務(wù)系統(tǒng)的使用動態(tài)建立高性能計算集群、數(shù)模、建模機群，將能在很大程度上解決上述問題，建立起適用于大港油田的、技術(shù)領(lǐng)先的高性能綜合管理平臺。

2 研究云平臺建設(shè)內(nèi)容

大港油田經(jīng)過十多年的信息化建設(shè)，在勘探開發(fā)信息系統(tǒng)建設(shè)方面取得了一定的成績，緊緊圍繞“為油田主營業(yè)務(wù)發(fā)展提供強有力信息技術(shù)支撐”這一核心主題，大力推進信息化基礎(chǔ)建設(shè)?，F(xiàn)已擁有了大中型計算機服務(wù)器，如針對勘探開發(fā)業(yè)務(wù)研究，配置了64臺高性能刀片服務(wù)器，其中48臺支持常規(guī)解釋和數(shù)值模擬應(yīng)用，16臺圖形刀片服務(wù)器支Geoprobe、Petrel等三維解釋類軟件應(yīng)用，存儲容量達到了130TB，整個高性能計算環(huán)境達到了128個CPU，1024核心數(shù)，內(nèi)存總量達到8TB，同時支持200個以上的用戶開展勘探開發(fā)研究工作。在此基礎(chǔ)上，部署了如OpenWorks、Geoframe地震解釋系統(tǒng)、Petrel/SKUA/RMS/Direct地質(zhì)建模系統(tǒng)、Eclips數(shù)字模擬系統(tǒng)、ComPass以及Assetview鉆井工程設(shè)計系統(tǒng)等應(yīng)用軟件，并通過高性能PCM-AE云管理平臺和獨立仿真等技術(shù)，實現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施及專業(yè)應(yīng)用的集中部署、應(yīng)用和管理，初步形成了當前大港油田的勘探開發(fā)研究環(huán)境格局。

3 研究云平臺構(gòu)架方案

針對于大港油田的云管理平臺建設(shè)，以全面整合信息中心現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，并為日后新硬件環(huán)境的方便擴容為前提，IBM Platform Computing 所推出的云平臺管理軟件 PCMAE 將為大港油田信息中心提供整體的云平臺基礎(chǔ)框架。PCMAE 是一個面向高性能計算的云管理平臺，可以整合數(shù)據(jù)中心的計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源，為IT資源的統(tǒng)一整合、管理與分配提供有力的技術(shù)支持；同時，提供了最終用戶直接請求資源的自助服務(wù)平臺，通過豐富的策略為用戶匹配和供給資源，帶給最終客戶靈活便捷的云資源申請和使用模式。另外，在虛擬化軟件之上提供它們所不具備的虛擬機靈活定制與整體管理功能，對虛擬機集群及上層 HPC 集群進行統(tǒng)一的自動部署、監(jiān)控和資源調(diào)度，實現(xiàn)資源的最大化利用與服務(wù)的最快交付。

4 平臺展示

4.1 協(xié)同研究云環(huán)境全面建成，并投入應(yīng)用

云計算的核心是多用戶、自動化管控、彈性計算，信息中心通過部署Platform云計算管理平臺，極大簡化研究云環(huán)境管理，實現(xiàn)集群快速部署與調(diào)整、資源統(tǒng)一管理和自動調(diào)度，是中石油第一個全面云化的研究環(huán)境。在云平臺基礎(chǔ)上，建立兩套高性能計算集群、遠程可視化、自助式服務(wù)。與現(xiàn)有數(shù)模建模等應(yīng)用軟件進行集成。

通過云管理平臺的應(yīng)用，信息中心可以做到將整個計算資源放置到云端，快捷的部署物理機操作系統(tǒng)，以及快速創(chuàng)建虛擬機并且加入到高性能計算平臺，使得原來需要數(shù)周的工作量簡化到一個小時以內(nèi)。

4.2 主流勘探開發(fā)研究軟件的集中管理使用

取代了以往分散式的管理方法，將主流研究軟件全部集中在了云管理平臺之中，用戶通過登錄統(tǒng)一門戶頁面，選擇需要使用的專業(yè)應(yīng)用軟件。高性能調(diào)度平臺會在云端資源中分配出最適合的計算節(jié)點供用戶使用。

在原有軟件的基礎(chǔ)之上，新部署了OpenWorks 5000.8，Geofrme 4.5兩套地震解釋環(huán)境以及Petrel 2013建模系統(tǒng)、Eclipse2013數(shù)值模擬系統(tǒng)、隨鉆分析、鉆井設(shè)計，軟件種類超過10種，并在不斷擴展之中。

4.3統(tǒng)一的作業(yè)管理

當用戶提交計算作業(yè)后，用戶隨時可以在門戶頁面上看到作業(yè)的運行狀態(tài)，并且隨時查看作業(yè)計算過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件、輸出信息。無論作業(yè)的量級多大，都能快速定位，即便數(shù)月之前提交的作業(yè)數(shù)據(jù)也能很方便的查看。

作為云平臺管理員則可以查看所有用戶的作業(yè)信息，對用戶的使用情況做到清晰了解，當發(fā)現(xiàn)任何作業(yè)出現(xiàn)異常時，在門戶界面之中就能處理，不必再尋找該作業(yè)所運行的節(jié)點，登錄該節(jié)點后才能處理。

6 應(yīng)用平臺實現(xiàn)的功能

6.1 自助式智能集群部署

提供了簡單友好的自服務(wù)門戶界面，用戶只需通過門戶提供的統(tǒng)一認證功能，只需要一次登錄認證，就能直接調(diào)用運行集成在大港油田勘探開發(fā)協(xié)同研究云一體化應(yīng)用平臺上的20余種應(yīng)用軟件，在調(diào)用軟件的同時， 系統(tǒng)在后臺自動為用戶完成應(yīng)用環(huán)境、硬盤資源的配置， 解決了用戶應(yīng)用流程繁瑣， 較大地提高了用戶生產(chǎn)研究工作效率。

6.2 跨平臺軟件資源的共享

在勘探開發(fā)專業(yè)軟件一體化應(yīng)用平臺上，整合了新老軟件資源，集成了基于windows、Linux等不同平臺上運行的軟件， 在同一臺客戶端工作站，用戶既能調(diào)用windows系統(tǒng)下的專業(yè)軟件，也能運行Linux系統(tǒng)下的軟件，實現(xiàn)了軟件資源的跨平臺共享， 大大提高了勘探開發(fā)軟件的利用率。

6.3 顯著減少了硬件投資和運行維護費用

使用集中部署和應(yīng)用虛擬化技術(shù)后，客戶端不再需要配備高性能專業(yè)圖卡，不再需要不斷升級客戶機硬件，不再擔心用戶數(shù)據(jù)丟失，不再經(jīng)常到用戶端安裝部署專業(yè)軟件，顯著減少了日后硬件投資和運行維護費用。

7 結(jié)論

通過專業(yè)研究軟硬件集中部署和自助式智能集群部署技術(shù)在大港油田實踐，搭建了支撐油田勘探開發(fā)協(xié)同研究工作的軟硬件集中部署、數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、備份統(tǒng)一管理、應(yīng)用統(tǒng)一、用戶單點使用的集成應(yīng)用環(huán)境，實現(xiàn)了基于Linux環(huán)境下不同平臺應(yīng)用系統(tǒng)界面集成和軟件資源跨平臺共享，把20多種異構(gòu)專業(yè)軟件統(tǒng)一在一個平臺中集中管理起來，徹底解決了以往單機作戰(zhàn)應(yīng)用模式帶來各種弊端，保證了油田各項研究工作的高效進行，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]張軍華， 臧勝濤，單聯(lián)瑜，等. 高性能計算的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 石油地球物理勘探，

[2]趙改善， 包紅林. 集群計算技術(shù)及其在石油工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 石油物探，