xx气象局高性能计算服务器方案

xx气象局高性能计算服务器方案内容摘要：

I/O 接口等 )以及系统架构是否能够充分发挥资源潜力为基础的。 对于 XXXX 气象局 的用户而言， 只有从实际 (系统资源容量和架构 )出发，全面考察系统的基准测试指标， 充分考虑实际的应用， 才能作出科学和客观的评估，选择最佳的服务器。 高性能存储系统 在高性能计算系统应用中， 除了对高运算能力的需求外 , 对存储的需求也是必不可少。 在高性能计算应用中，经常需要短时读写大批量的数据 ,这对存储系统的性能 ,尤其是多道并行作业同时存取大量数据时的 I/O 性 能 ,会提出很高要求 . 如果这一要求用在计算节点上直接连接大量的本地存储磁盘子系统来满足 ,那么 , 这样会出现多台计算节点之间产生多次数据传输和磁盘容量不均及大量冗余且不一致的文件等现象 , 而这些现象既耗用了大量的传输时间和计算节点宝贵的处理资源 ,又使得管理难度加大 ,降低了投资的使用率 , 从而使整个系统的性能也很难保证。 在当前高性能计算系统中 , 越来越趋向于使用多台独立的高性能服务器和外部存储阵列专门作为存储服务系统 , 高性能计算系统中的所有计算节点可同时存取数据文件 , 将来还可过渡到为其它系统提供信息存储 服务。 系统设计原则 HP 公司为 XXXX 气象局 高性能计算系统 设计方案的基本出发点：帮助用户建立一套既能最大限度地满足用户实际需要且技术又处于领先地位的高性能计算环境。 HP 公司认为， XXXX 气象局 高性能计算系统 应具有处理大规模的复杂运算，尤其是浮点运算的能力。 它将为 XXXX 气象局 提供优化工程设计、分析、验证的手段，最终实现提高设计质量、缩短开发周期、降低开发成本。 中国惠普公司提供的解决方案是遵循以下原则设计的： 1．先进性 本系统方案所采用的技术既要符合业界的发展方向 ,又要在未来几年内仍具有很高的技 术先进性，保持在同类系统中的领先地位。 这样有利于提高整个系统的计算与处计算服务器方案建议书 中国惠普有限公司 第 8 页 理能力。 2. 优越的性能 高性能计算系统应具有优秀的处理能力，它不仅具有符合要求的峰值性能 (Peak Performance)， 更重要的是应具有稳定的应用性能（ sustained performance）。 各种复杂的研究课题在本系统中能够得到准确，快速的计算结果。 3. 可扩展性 系统应具有很强的扩展能力。 随着对计算机系统性能的要求不断提高， 该计算机系统应具有扩展能力， 并且容易实现。 4. 开放性和兼容性 本计算机 系统应符合公认的工业标准， 包括体系结构，硬件， I/O, 网络，操作系统，开发环境和开发工具等。 这样，便于和其他平台上的系统互操作。 5．应用软件丰富 本系统的平台上应具有丰富的软件资源， 能够提供研究课题的解决方案和相应的软件系统。 HP 公司与高性能计算方面的独立软件开发商紧密合作，例如：Fluent,ANSYS 等专业工程软件商 ,Red Hat,Etnus,Pallas,Platform 等专业平台软件商 , 不仅提供处理节点间的协调和通信的中间件，使整个系统节点能够真正实现合作，负载均衡，还能针对不同 应用需求，提供一系列并行计算应用。 6. 良好的技术支持 由于本系统是比较复杂的计算机环境， 在使用过程中不可避免的会遇到一些技术问题。 当遇到这些问题时能够得到有效的支持， 使问题得以圆满的解决。 7．性能价格比优越 由于本系统比较庞大，价格因素也比较重要。 本系统在性能价格比方面在同类系统中应具有明显的优势，对于 XXXX 气象局 来说在 采购大型系统中应该考虑的重要因素。 计算服务器方案建议书 中国惠普有限公司 第 9 页 第三 章 总体方案建议 方案 技术概述 针对 高性能计算 应用对高性能的需求， HP 在系统设计上允许通过使用不断更新的IPF 系 列产品、采用先进的芯片组支持交叉交换体系结构、使用更高性能的基础节点、支持更多的节点和提供更高的带宽等多种途径扩展系统的规模，提供高性能和最大的性能扩展空间，满足当前和 为适应当前飞速发展的计算需要 , 一个高性能计算的全新时代应运而生 , 而 HP 正是以其基于第二代 Itanium2 处理器的安腾服务器执业界之牛耳。 未来各种高端应用的需要。 具有革命意义的安腾处理器家族架构由 HP 与 Intel 共同研制开发 , 它基于全新的EPIC 体系结构 , 降低了平台的成本 , 提高了其性能和可扩展性 . 基于 Itanium2 的 HP系统的速 度比上一代产品快两倍 , 轻松超越 IA32 和基于标准 RSIC 的系统的性能 . 基于 Itanium2 的惠普服务器能够提供更强大的功能 , 更多的应用 , 附加的特性 , 以及更广泛的解决方案。 IA－ 64 体系结构在吸收 RISC 体系结构经验教训基础上另辟蹊径，一开始就走开放性的道路，充分利用现代芯片制造工艺发展成果、提供足够的资源；同时，通过成为新的高端工业标准、扩大批量来降低成本。 它的基本设计思想是：提供一种新的机制、充分利用硬软件协同能力来提高指令并行度：一方面大力开发先进的编译程序，消除程序中的条件转移指令、并基 于猜测机制越过转移和存储指令界限调度指令的执行次序，把程序员利用串行语义编写的源程序转换成由可并行执行指令段序列组成的目标程序；另一方面使得处理器具有足够资源和智能，来纪录编译程序所发现的程序中可并行执行指令段之间的划分信息，并保证在程序运行过程中发现猜测和调度有错时仍然给出正确结果。 对 IA－ 64 体系结构处理器来说，所执行的目标程序中可并行执行的指令段已经由编译程序显性地标识出来了、指令间的数据相关性和过程相关性也已经由编译程序消除了，使得处理器只需使用相对简单的逻辑来实现很高的指令级并行度（ ILP）。 相反 ，传统的 RISC 处理器没有足够的资源来纪录编译程序所产生许多有用的信息，也没有充分利用现代编译程序强大的对程序执行过程的调度能力。 虽然在RISC 体系结构下，设计师们也使用编译程序来优化目标程序、为处理器提高 ILP 创造条件。 但是，处理器所执行的基本上是隐性并行和包含大量相关性的目标程序，发现并行、线路预测、动态调度等提高 ILP 的无序执行技术、完全是由处理器硬件利用复计算服务器方案建议书 中国惠普有限公司 第 10 页 杂的芯片逻辑来实现的。 尽管两种体系结构之间存在着许多差别，但是执行显性并行或者隐性并行目标程序是其中最主要的本质差别。 所以最初发明这种新体系结构的 惠普公司把它称为显性并行指令计算（ EPIC）体系结构。 除了强有力的编译程序外， IA－ 64 体系结构微处理器必须提供足够的资源来实现EPIC 设计思想、提高并行度和实现高性能，包括： 新颖的指令集：允许编译程序产生由并行指令段组成的目标程序，并纪录指令段间的划分； 大寄存器空间：为编译程序通过寄存器换名等技术消除相关性、产生尽可能在寄存器中进行运算的优质目标程序提供充分的余地； 具有足够长度的指令：便于在指令中访问大寄存器空间中多个寄存器和消除 程序中转移指令； 足够的指令发送端口和派送网络：用于提高每个时钟周期发送到指令数和提高发送到速度和效率； 多种类型的新型寄存器：允许编译程序越过条件转移和存储指令的界限调度目标程序中访问内存指令的位置、消除相关性，并弥补调整位置所产生的错误； 更多的浮点执行部件：有利于处理器实现高并行度的浮点计算； 计算服务器方案建议书 中国惠普有限公司 第 11 页 更多的整数和多媒体运算执行部件：有利于处理器实现高并行度的整数和多媒体信息处理； 更多的芯片上高速缓存：有利于提高缓存命中率、降低内存延迟； EPIC 体系结构处理器提供的寄存器资源 IA－ 64 的 EPIC 体系结构是对传统 RISC 体系结构的重大革新，许多方面突破了RISC 体系结构的局限、发展了 RISC 体系结构，为利用新制造工艺和技术、按照摩尔定律预示的速度提高处理器性能提供了可靠的保证。 HP 公司向 XXXX 气象局 提出的以下高性能计算系统的解决方案正是以安腾 2 计算服务器方案建议书 中国惠普有限公司 第 12 页 (Itanium2Madison)关键技术为基础的。 方案逻辑结构 根据 惠普公司多年来气象气候领域的经验 ， 在 与 XXXX 气象局 的 各位专家 进行 交流之后 ，按照 系 统设计原则、基本的评价标准以及 各种应用软件的需求， HP 公司 推荐 了两种高性能计算的解决方案。 一种是采用基于 ccNUMA 体系构架的多处理器服务器为节点的大节点集群系统，采用基于线程的并行处理机制为主，基于消息传输的并行处理机制为辅，一种是基于 2 CPU 的 SMP 服务器为节点的分布式内存体系构架的集群系统，采用消息传输机制并行计算为主。 实际上早期的数字天气预报应用软件（以 MM5 为主）主要运行在共享内存体系构架或者 CRAY 的矢量机上，随着机群技术的普及，主要的数字天气预报软件，比如 MM5都已经针对集群系统进行了并 行化处理，可以运行在集群系统平台上了。 ccNUMA体系构架的多处理器服务器 方案一采用 1 台惠普公司的 ccNUMA 体系构架的 Superdome 服务器作为气象服务器， Superdome 服务器运行 安腾 2 CPU，最大配置 128 个 CPU，但是考虑到美国的中国的出口限制，在本方案中，每台 Superdome 服务器配置 32 个 安腾处理器。 Superdome 服务器连接一台 MSA1000 磁盘柜，配置 7个 300GB磁盘，提供 2TB 的存储，最大配置提供 6TB 存储。 HP Integrity SuperDome 是 HP 公司最高端 UNIX 服务器 ， 它基于 Cell 板的模块化高技术设计 ， 最大可扩充至 128 颗 CPU 及 1T 内存和 192 个 PCI 插槽。 它具有卓越的体系机构和性能 ， 是作为 XXXX气象局 高性能计算系统 的理想平台。 HP Integrity 服务器可以提供更强劲的动力、更多应用、额外的特性、以及包括商用和技术计算在内的更广泛的解决方案，其超群表现让竞争对手同档系统难以望其项背。 凭借在与英特尔联合开发安腾体系结构中所取得的丰富经验，惠普开发了 HP 超级可扩展处理器芯片组 sx1000。 HP sx1000 芯片 组可以降低内存延迟并提高内存和 I/O吞吐量，进而充分发挥英特尔 174。 安腾 174。 2 处理器的全部性能。 从而使您获得卓越的系统性能，以处理要求最苛刻的业务工作负载――并提供业界无与伦比的价值。 计算服务器方案建议书 中国惠普有限公司 第 13 页 SuperDome 支持硬件分区，可以定义成 16 个分区。 分个分区都可以安装、运行单独的操作系统，以适应不同应用对系统的不同要求。 分区之间的资源可以调整，满足不同应用不同时段的资源要求。 SuperDome 采用 HP_UX 11i V2(现在成为唯一可支持安腾芯片的 64 位 UNIX 操作系统 )操作系统提供高性能计算环境的基础 ,并配合相应的系 统管理软件、语言编译器、并行模式、相关数学库 ,还可支持目前流行的各种第三方高性能计算商业软件包和应用软件包 , 例如 Platform 的 LSF( 负载平衡软件 ) 和 checkpoint,Etnus 的TotalView,Pallas 的 Vampir 及 Gaussian 等等 ,这些可由校方根据实际要求灵活配置 , 以运行高性能计算应用程序和商业软件。 HP_UX11i 系统下的 C,C++和 Fortran 编译器展示出卓越的实际应用性能 , 操作系统库充分利用了 Itanium2 架构的先进技术 ,其中包括 : MLIB 一系列子 程序 , 为科学和技术计算提供了常用数学软件 , 并针对Itanium2 架构进行了优化。 Libm 一种支持 C,C++和 Fortran90 的优化的浮点数学库 ,其设。