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用两周穿越140亿年——中国科学院超级计算中心依托软硬件优化提高...

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发表于 2016-8-22 12:09:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    自古以来,人们把前知500年、后算500年的人称为神算子,但是在我们生活的这个宇宙空间里,能将140亿年发展过程都算出来的人我们该称他们为什么?利用两周的时间将宇宙140亿年的演变过程计算得清清楚楚,这看起来是天方夜谭,但中国科学院(以下简称中科院)的超级计算中心(以下简称超算中心)却将这一切变为现实。
中国科学院超级计算中心(以下简称中科院超算中心)隶属于中科院计算机网络信息中心(以下简称网络中心),是中科院超级计算环境总中心。在科技部支持下,中科院超算中心于2013年成为超级计算创新联盟的依托单位。此外,中科院超算中心还是中国国家网格北方的主节点。
在“十一五”、“十二五”期间,中科院超级计算环境总中心聚合了分布在全国各地的30多个中科院研究所和北京、上海、天津、济南等14家超算中心的计算资源,高性能计算基础服务环境初具规模。
早在2010年,中科院超算中心就与多个天文台进行合作,使用了2048个核心,经过两周的连续计算,将60TB数据可视化后,得到90TB数据,最终模拟了整个宇宙的140亿年过程,将天方夜谭活生生地展现在我们面前。
日前,记者与中科院超算中心主任助理王彦棡先生进行了交流,了解了目前中科院超算中心在高性能计算方面的一些应用情况、使用心得,以及中科院超算中心未来的发展规划。
硬件升级 软件调优
随着高性能计算的不断发展及社会各界关注度的不断提高,迈向百亿亿次超算系统俨然已经成为了整个行业明确的发展方向。然而,在提高计算能力过程中,超算中心所面临的挑战也在不断变化。为了适应计算需求的变化,中科院超算中心在1996年就引进SGI机器。此后,中科院超算中心陆续引进了包括近百亿次计算能力的日立(1998年)、逾千亿次计算能力的国产曙光2000 II(2000年)、5万亿次的国产联想深腾6800超级计算机(2003年)、SGI高性能可视化计算机系统(2004年)、IBM CellBE计算集群(2007年)、百万亿次深腾7000超级计算机(2008年)在内的多款超级计算机,而最新的 “元”超级计算机,计算能力更将突破一个新的极限。在硬件的不断更新中,中科院超算中心的计算能力也获得了稳步提高。
除了强大的硬件设施,软件优化更应该被业界重视。“中科院超算中心除了为用户提供计算服务之外,同时也与其他的科研单位或者相关的科研机构进行合作。”中科院超算中心主任助理王彦棡表示,“我们将与这些机构一起,共同开发包括可视化、并行算法和并行软件等在内的相关高性能计算软件。”
强强联合 全面合作
借助拥有更高效率的并行计算技术,科学研究和产品研发得以提速,进而提高了国家和企业应对产业升级、经济发展等社会经济挑战的能力。但是,自该技术大规模投入使用后,其软件优化与硬件发展之间存在的差异问题始终困扰着学术界和最终用户。为了让更多的软件代码实现改造,使之释放并行计算硬件平台的潜能,英特尔并行计算中心于2013年正式启用。至今,英特尔已在全球15个国家,与数十所大学和科研机构协作成立了50多个并行计算中心。并行计算中心可促进跨领域的开发者、科学家和技术专家进行技术培训和交流。
今年4月,英特尔公司与中科院超算中心达成合作,启动了中国首家英特尔并行计算中心(Intel PCC)。中国英特尔并行计算中心结合了英特尔并行计算平台的优势与中科院雄厚的并行计算人才力量,对推进软件代码从串行转向并行,从传统计算平台转向并行计算平台的代码现代化(Code Modernization)进程起到了促进作用。并且,该中心还围绕分子动力学模型进行探索。通过应用LAMMPS进行并行优化,同时采用相场动力学模拟软件,来完成上述工作。这些工作将为材料科学、生命科学、计算化学、计算物理等领域的应用提供计算支持。
谈及目前英特尔并行计算中心的主要工作,王彦棡表示,该中心目前正在建设“元”超级计算机。“元”超级计算机分为两期建设,第一期平台总峰值303.4Tflops(已完成),这一期主要做CPU节点,因此仅采用了40个至强融核节点和30个GPU节点,而今年9月即将开建的第二期平台几乎将全部采用至强融核节点,总峰值为2.056Pflops。因此,英特尔并行计算中心所做的代码并行化工作正是为将来更高效地使用“元”超级计算机做准备工作。
中科院超算中心将中国英特尔并行计算中心的工作分成两部分,第一部分是专门开发刚性偏微分方程求解器。该求解器目前可以应用在很多领域,包括计算力学、材料科学、化学、生物科学等。“优化前,在一个节点上发挥的性能是理论性能的百分之六七,CPU一个节点大概是十几GB flops”,中科院超级计算中心主任助理王彦棡介绍道:“为了提升整个系统的性能,我们做了一个现场方面的模拟,通过运用负载均衡、通信兼容叠加、MKL相关函数等相应的技术,最终发挥了1300GB flops的浮点性能,达到理论性能的52%,单节点性能获得大幅提升。”
此外,由于英特尔并行计算中心支持各大机构的开源软件,所以第二部分的工作集中在开源软件方面。中科院超算中心开发了基于MIC的DPD算法,并以API方式加入LAMMPS中,进一步优化了算法,提升了运算效率。
王彦棡表示,中科院在“十二五”期间支持了多个万核级重点应用,未来超算中心也将选择比较合适的算法向MIC方面移植。
通过参与众多科研单位的合作,超算中心也积累了多项成果,研发出了一系列产品,包括我国第一个沙尘暴预报系统,稠密和稀疏特征的并行软件包和我国首个万核级并行气动数值计算软件等产品。
据英特尔相关负责人介绍,推动软件现代化包括两个方面:其一是英特尔并行计算中心的建立与发展,其二是跟国内的高校合作建立培训中心,为感兴趣的人提供至强处理器和至强融核协处理器硬件架构和编程培训。
在软硬件培训之余,英特尔还将推出英特尔代码现代化开发者社区,帮助HPC开发人员实现在当前和未来硬件平台上编制具有更高效率编码。该计划将向全球超过40万HPC开发人员和合作伙伴提供各类工具、培训,并且让他们能够及时与高性能计算领域的专家建立联系、获得技术支持,从而对基于英特尔架构的硬件进行更好的优化,释放其全部潜能。
目前,中科院超算中心不仅得到英特尔并行计算中心的支持,还与曙光合作建设了MIC应用程序并行化实验室。此外,中科院超算中心与北京市公安局和北京科技大学也成立过各种实验室,分别涉及应用开发和优化。

大计算崛起 与英特尔共创未来
在前不久结束的2015年国际超级计算机大会(International Supercomputing Conference,简称ISC))上,来自54个国家和地区的153个参展商和2600名高性能计算(HPC)领域的专家出席。发布的TOP500排名榜单上,采用英特尔架构的HPC计算机仍占到86%。此外,在88套应用了协处理器的超级计算机中,33套采用了英特尔的至强融核协处理器,比例接近40%。这也说明了英特尔处理器在高性能计算中发挥了更多的作用。
英特尔在此次大会期间还公开演示了针对HPC的下一代高速互联网络技术——Omni-Path,旨在推动代码现代化和HPC技术应用。在此次大会上,除超级计算、人脑工程、量子计算、HPC、百万亿次计算和大数据等概念外,首次有专家提出“大计算”这一概念。“大计算”既包括高性能计算中计算性能的提升,也包括高性能计算与大数据、云计算的进一步联系和深度融合。
未来,中科院超算中心将与英特尔和合作伙伴一起,借助其多年来积累的经验和不断革新的技术,为更多的国家科研单位和高等院校提供高性能计算服务,为高性能计算领域注入强劲的动力。同时,这样的紧密协作也将带动更多的科研机构开展自主创新,完善生态环境,用真正的高性能计算带我们穿越到下一个美好的140亿年!
   


来源链接: http://www.ciw.com.cn/h/2562/405974-17627.html



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