高性能并行计算机的简介模板

高性能并行计算机简介yuanzhen@dawning.com.cn2010-06Ŀ¼？ 1.1并行计算机的基本知识？ 1.2并行计算机系统架构？ 1.3集群系统？ 1.4高性能计算的发展趋势计算机单元由运行速度快，存储容量大，可靠性高的计算机系统组成. 也称为: 超级计算机，超级计算机目前，任何高性能的计算和超级计算都离不开并行技术的使用，因此高性能计算机必须是并行计算机. 它的发展过程可以简单地分为两个特殊时代，包括矢量机，MPP系统，SGI NUMA系统，SUNSMP系统，还包括我国的神威，银河，曙光1000等. 之所以将它们称为“专用”并不意味着它们只能运行某些应用程序. 这意味着它们的组件是经过特殊设计的. 它们的CPU板，内存板，I / O板甚至操作系统都没有. 用于其他系统. 由于台式机系统和高端系统之间的巨大技术差异以及狭窄的用户群. 在普及时代，高性能计算机的价格下降，应用程序的门槛降低，应用程序开始普及. 两种技术趋势起着重要作用. 商业化趋势使批量生产的商品零件接近高性能的计算机专用零件. 标准化趋势使这些部件可以集成到系统中并行处理系统结构，其中X86处理器，以太网，内存部件和Linux都起着决定性的作用.

集群系统是一种高性能计算机，其技术基础和工业基础都已商业化和标准化. 曙光1000曙光1000有36个节点；峰值计算速度为每秒25.6亿次浮点数，实际达到每秒15.8亿次；内存容量为1024兆字节；基于蠕虫机制的二维Mesh通信网络，节点与网络的通信总带宽为2.88GB / sec；使用基于UNIX的并行操作系统和并行文件系统；并行计算机-CRAYSystem名称系统系列Jaguar 1059000 GFlops Cray XTO操作系统CNL互连处理器XT4内部互连AMD Opteron四核2300 MHz（9.2 GFlops）并行计算机-IBMSystem名称系统系列Roadrunner IBM Cluster 1105000 GFlops操作系统Linux互连处理器Infiniband PowerXCell 8i 3200 MHz（ 12.8 GFlops）并行计算机DAWNING系统名称系统系列曙光5000A 180600 GFlops曙光集群操作系统Windows HPC Server 2008和SUSE互连处理器Infiniband DDR？ AMD Opteron四核1900 MHz（7.6 GFlops）并行计算机处理器AMD Opteron Xeon Nocona英特尔Itanium Compaq Alpha HP PA-RISC Sun UltraSPARC IBM POWER5 +，POWER6 IBM BlueGene处理器MIPS R10000 Loongson最新的TOP500cpu分布式并行处理器-AMDPERFORMANCE 4路和8路AMD Opteron？ 800系列和8000系列处理器–专为4路和8路服务器解决方案设计–第一个用于4路/ 8路计算的本机x86双核解决方案性能2路AMD Opteron？ 200系列和2000系列处理器–专为2路服务器/工作站解决方案设计–首个用于2路计算的本机x86双核解决方案性能1路AMD Opteron？ 100系列和1000系列处理器–专为1路服务器/工作站解决方案设计–第一个用于1路计算的本机x86双核解决方案AMD Opteron？用于服务器和工作站的处理器并行计算机处理器-IntelRISC和大型RISC和大型机现代化现代双核Intel？安腾？处理器9000大型机级服务器，具有顶级灵​​活性和可靠性数据，要求苛刻的双核Intel？至强7000系列处理器可最大化性能，可靠性和可扩展的高密度基础架构四核英特尔？至强5000系列处理器利用四核处理来最大化性能密度基本计算四核Intel？至强3000系列处理器经济可靠的单路服务器并行机处理Device-Godson Godson的意思是“ Godson”，换句话说就是Godfather，并行计算机专用的连接网络吗？ NumaLink-（SGI）？ SP Switch，SP Switch2-（IBM）？ Cray Interconnect-（Cray）并行计算机的商业网络？互连方法的选择-千兆以太网，小带宽（理论值125MB / s），延迟35-45 µs；-Infiniband； MPI乒乓球测试带宽: 850 MB / s，MPI短消息延迟: <7 s； – Myrinet: MPI乒乓测试带宽: 230 MB / s，MPI短消息延迟: 7 s； – Qsnet: MPI乒乓测试带宽: 300 MB / s，MPI短消息延迟: 5 s s； – SCI: MPI乒乓测试带宽: 320 MB / s； MPI短消息延迟: 1-2秒；最新的TOP500网络分布趋势商业化网络-InfinibandInfiniBand代表性能和互操作性.

查看前500名超级计算机，您会发现InfiniBand技术已从2005年的30个席位增长到今天的142个席位，增长率超过25％. 而且，使用专有互连技术的超级计算机的数量正在减少. 商业网络-以太网I / O性能瓶颈？诸如InfiniBand之类的高性能网络的性能改进使PCI总线成为限制性能的瓶颈. 从PCI-X过渡到PCI-E基本上解决了这个问题. •基于共享总线结构化的PCI体系结构有局限性，需要高端I / O解决方案: InfiniBand，Infiniband可能会完全替代PCI本地总线结构. 为了实现这种替换，前提是将InfiniBand逻辑电路集成到芯片级，即南侧. 该桥被具有HCA（主机通道适配器）的I / O桥设备替代；分布式存储多处理器系统中，程序和数据通常集中存储，每个进程需要将程序和应用程序数据传输到处理器本地内存； NFS文件系统在数据传输中类似于C / S结构. 每个计算节点都从I / O节点传输数据. 链接是单一的，性能是瓶颈. 存储系统共享存储1. FC 4GB光纤链路2、4Gb磁盘FC接口3，并行I / O文件系统4，最大支持224个物理磁盘5，支持1024LUN 6，IOPS = 280000 Linpack？ Linpack现在已成为测试高性能计算机系统浮点性能基准的全球最受欢迎的计算机.

通过使用高性能计算机和高斯消元法来求解N阶稠密线性代数方程的检验，来评估高性能计算机的浮点性能. ？ Linpack测试包括三个类别，Linpack100，Linpack1000和HPL. •Linpack100解100阶密集线性代数方程. 它仅允许使用编译优化选项进行优化. 无需更改代码，甚至不必修改代码中的注释. Linpack1000需要求解1000阶的线性代数方程，以满足指定的精度要求，并且可以在不更改计算量的情况下优化算法和代码. HPL代表高性能Linpack，也称为高度并行计算基准. 它对数组N的大小没有限制，并且问题的规模可以更改. 除了不能更改的基本算法（计算量）以外并行处理系统结构，可以使用任何其他优化方法. ？理论浮点峰值= CPU主频率×每个时钟周期CPU执行浮点运算的次数×系统中的CPU数. 测得的浮点峰值是指Linpack测试值，这意味着Linpack测试程序在此计算机上运行. 通过各种调整方法可获得最佳测试结果. HPL测试中的主要参数？ Rpeak: 系统的理论峰值性能，表示为GFLOPS？ Nmax: 达到最高GFLOPS值时的问题大小（矩阵大小）？ Rmax: 在Nmax问题大小下达到的最大峰值？注意: 矩阵块的大小与缓存的大小有关.

通常，中国的高性能计算机TOP100排名在32到256之间？刀片产品具有绝对优势并逐渐成为主流？开放系统的采用已成为高性能计算的发展趋势. 1.1并行计算机的基本知识？ 1.2并行计算机系统体系结构？ 1.3集群系统？ 1.4高性能计算的发展趋势1.2.1达到并行指令级并行性的手段？从CPU内部挖掘并行性？增加主频并增加核数？增加IPC（每个时钟周期完成的指令数量）？增加CPU频率并增加核心？双核，多核处理器？指令级并行性导致处理器中功能部件数量的增加，系统复杂，导致晶体管数量增加，功率和散热问题，并且受到物理限制. 天花板效应多处理器（多计算机） ）并行性？多处理器并行性主要受益于微处理器的发展； •多处理器并行性是构建功能强大的系统的唯一方法； •多处理器是指通过主板总线实现同一主板的并行性. ？多计算机并行性是指通过多个计算节点上的多个网络实现并行性. 向量计算？矢量处理器，使用矢量流水线组件，特别适合矢量运算；曾经流行；？设计困难，成本高，应用领域狭窄，矢量技术被其他新兴技术所涵盖；地球模拟器的影响矢量处理技术带来了新的希望. 1.2.2并行计算机系统体系结构对称多处理器系统（SMP）？ SMP对称共享存储: 任何处理器都可以直接访问任何内存地址，并且访问延迟，带宽和概率是相等的；该系统是对称的; –微处理器: 通常小于64； –一旦使总线和交叉开关难以扩展，处理器就不能太多. –示例: IBM R50，SGI Power Challenge，SUN Enterprise，分布式共享存储系统（DSM）？DSM分布式共享存储: 内存模块在每个处理器上物理本地，但在逻辑上（用户）是共享存储；这种结构也称为基于Cache目录的非均匀内存访问（CC-NUMA）结构；本地和远程内存访问的延迟和带宽不一致，是3到10倍？有关高性能并行编程的说明； –与SMP的主要区别: DSM物理上在每个节点上分配了本地内存以形成共享内存； –微处理器: 16-128； –代表: SGI Origin 2000，Cray T3D；并行计算机系统（MPP）？ MPP –物理和逻辑分布式内存–可以扩展到成百上千个处理器（微处理器或矢量处理器）–具有高通信带宽和低延迟（专门设计和定制）的Internet网络–异步MIMD机器；该程序由多个进程组成，每个进程都有自己的专用地址空间，使用进程间消息交互. –代表: CRAY T3E（2048），ASCI Red（3072），IBM SP2集群系统（集群）？群集–每个节点都是一台完整的计算机–每个节点都通过高性能网络互连–网络接口和I / O总线是松散耦合的–每个节点都有一个完整的操作系统– Dawn 2000、3000、4000，ASCI 1.1并行计算机基础知识？ 1.2并行计算机系统架构？ 1.3集群系统？ 1.4高性能计算的发展趋势什么是集群系统？群集系统（Cluster）使用标准网络连接通用服务器或PC，以为用户提供更高的计算能力和存储容量，并为用户提供单个系统映射系统.

？使用集群系统时，单个系统映像用户感觉就像在使用单独的计算机系统. 单一系统映像的实现方法: 硬件层，操作系统层，软件层集群系统的优势？极高的性价比？大型机的主流？良好的可扩展性？更高的可管理性集群被越来越广泛地使用越来越多的领域？降低使用和维护成本？更好的可用性？更好的系统稳定性？更多应用程序支持集群系统信息服务的应用基因信息天气预报汽车制造业生物物理石油勘探数学造船2010高性能计算机体系结构分布集群系统应用分类高性能计算机组？用于高性能计算领域；整合多个计算单元的并行计算性能；注重整体表现的表现；？现在成为高性能计算机系统的主要结构；高性能计算机集群系统体系结构节点机-使用Dawning Tiankuo系列机架服务器？计算节点IO节点管理节点登录节点…………？ I系列和A系统–我的系统使用Intel Xeon处理器-A系列采用AMD Opteron处理器吗？ 2路，4路，8路，16路产品？ 1U，2U，5U，12U ...如何选择节点机？网络和存储？网络–计算网络–管理网络–数据传输网络– 100M以太网–千兆以太网– Myrinet –如何选择Infiniband？ – NFS – DCFS2 – Lustre？存储–存储产品–存储结构–文件系统– SCSI – SATA – FC – SAS – DAS – NAS – SAN – IPSAN高性能群集层次结构应用层群集操作系统层（DCOS）系统软件层（OS，编译器）硬件层（节点，网络等）高性能集群的硬件组成？机柜（包括电源）；节点机器（计算节点，登陆节点，I / O节点，监视节点）；互连网络，每个网络连接集群的全部或部分节点: 管理网络（100M以太网）；数据网络（千兆以太网）；计算网络（Infiniband等）；监控网络（监控系统网络）； ？ KVM网络（SKVM系统）；存储网络（SAN存储网络）；存储系统: 磁盘阵列或SAN存储；高性能集群软件系统油田: Geoeast，范式，cgg，omega，VSS物理化学: VASP，高斯材料化学: Materials Studio环境保护领域: MM5，葡萄，WRF结构力学: ABAQUS，NASTRAN性能评估: LINPACK，HPCC ，NPB等. 流体力学: 流利，CFX，Star_CD分子动力学: NAMD，GROWMACS，AMBER生物计算: BLAST，FASTA，MEME并行文件系统和: DCFS2，PVFS2，Lustre，Oracle RAC集群管理和监视系统: DCOS ，DCMMII，Rocks，OSCAR黎明集群操作系统（DCOS）？曙光组管理系统（DCMS）曙光集群监视系统（DCMM）曙光集群部署系统（DCIS）曙光并行命令系统（MTerm）曙光集群并行文件系统DCFS2（曙光集群文件服务/系统）是第二代并行文件系统由曙光公司独立开发？全局文件系统，是否提供单个系统映像？与节点上的本地文件系统完全兼容？是否支持大型集群系统？可以提供较高的元数据处理性能吗？良好的可靠性，具有快速的故障恢复功能并行环境，开发环境，高性能数学库？并行环境-消息传递: MPI，PVM-共享存储: OpenMP？高性能数学库– ACML – APL – MKL – IPP –其他数学库？开放式环境-编译器-调试器-性能分析器Ŀ¼？ 1.1并行计算机基础知识？ 1.2并行计算机系统架构？ 1.3集群系统？ 1.4高性能计算的发展趋势低功耗设计和管理技术变得越来越重要？基于Linpack来推断Top500和典型的高性能计算机的发展趋势，2015年-到2018年左右，高性能计算机的功耗将高达5080MW；为了降低系统功耗，减少系统运行能耗并提高单位能耗下的系统性能，高性能计算机必须以设备级低功耗设计，综合考虑和优化软件低功耗管理技术，低功耗-电源技术和高效冷却技术； CPU节能吗？能耗管理软件？如何确保水冷解决方案并行计算结果的可靠性？ ？如何保证算法算法验证的正确性？算法本身要求是可验证的，即算法的输出与输入之间存在一定的关系. 如何确保硬件和软件（支持环境）-硬件验证的正确性？ TMR投票，CRC，ECC等验证方法和纠错措施？内存清理技术和内存冗余（RAID）技术？网络链路自愈技术和自适应路由技术等-系统级？主动容错（基于虚拟机技术）？消息重传机制？系统级检查点机制-用户级？容错模型和容错语言？用户检查点检查点？软件复制？ N版本编程？精细的资源管理是未来高性能计算机的必然选择？精细的资源管理改进资源利用？重要技术之一: 虚拟机技术，使用虚拟化技术可以将数据中心的利用率提高到60-75％，大约是粗粒度资源管理的4倍. 在资源利用率和应用程序性能之间如何保证折衷？ ？精细的资源管理以提高可用性？通过虚拟机技术实现高性能计算机的精细调度，减少故障发生时的隔离间隔，是否有利于提高系统的可用性？需要进一步研究高密度的其他精细资源管理技术计算已成为主要的发展趋势. 处理器是高性能计算机体系结构的研究重点. 不平衡架构的出现？处理器的性能快速增长-随着半导体技术的发展，相对于2010年的45nm工艺和2018年的18nm工艺，单位面积可集成的晶体管数量迅速增加. 处理器内核将减少6到8倍，从而支持在同一硅芯片上集成6到8倍的相同复杂内核-许多内核3D集成-光学互连-专用和其他技术DARPA ，ExaScale计算报告，2008年9月28日，谢谢！

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