什么是高性能计算，涉及哪些技术和知识呢？

什么是高性能计算，涉及哪些技术和知识呢？

hpc 云存储技术交流 2019-02-25

高性能计算(HPC) 指通常使用很多处理器(作为单个机器的一部分)或者某一集群中组织的几台计算机(作为单个计算资源操作)的计算系统和环境。高性能计算技术是什么高性能集群上运行的应用程序一般使用并行算法，把一个大的普通问题根据一定的规则分为许多小的子问题，在集群内的不同节点上进行计算，而这些小问题的处理结果，经过处理可合并为原问题的最终结果。由于这些小问题的计算一般是可以并行完成的，从而可以缩短问题的处理时间。

原先运行于大型服务器上的应用程序可迁移到小型x86服务器集群中运行，通过多节点聚合的方式满足性能要求， oracle rac 可向集群中添加服务器时并不需要停机，且在启动新节点(实例)后，应用程序就可立即利用这些增加的计算和内存资源，不需要dba手动调整。在计算集群中部署mpi环境，将openmp分别部署于计算集群中的各个计算机节点，运行计算集群，在mpi环境中可多线程并发运行程序，线程分配由人为操作来决定每个计算机节点上运行的线程数，计算集群由多个独立运行的计算机系统所组成的，并且是非共享内存的，每个计算机节点都拥有独立使用的系统资源。1.采用mpi与openmp编译提高计算集群的streambenchmark测试性能的方法，其特征是具体步骤为: 在计算集群中部署mpi环境，将openmp分别部署于计算集群中的各个计算机节点，运行计算集群，在mpi环境中可多线程并发运行程序，线程分配由人为操作来决定每个计算机节点上运行的线程数。

一、高吞吐计算(High-throughput Computing)

有一类高性能计算，可以把它分成若干可以并行的子任务，而且各个子任务彼此间没有什么关联。因为这种类型应用的一个共同特征是在海量数据上搜索某些特定模式，所以把这类计算称为高吞吐计算。所谓的Internet计算都属于这一类。按照Flynn的分类，高吞吐计算属于SIMDSingle Instruction/Multiple Data，单指令流-多数据流)的范畴。

二、分布计算(Distributed Computing)

另一类计算刚好和高吞吐计算相反，它们虽然可以给分成若干并行的子任务，但是子任务间联系很紧密，需要大量的数据交换。按照Flynn的分类，分布式的高性能计算属于MIMD(Multiple Instruction/Multiple Data，多指令流-多数据流)的范畴。

有许多类型的HPC 系统，其范围从标准计算机的大型集群，到高度专用的硬件。大多数基于集群的HPC系统使用高性能网络互连，基本的网络拓扑和组织可以使用一个简单的总线拓扑。HPC系统由计算、存储、网络、集群软件四部分组成。

高性能计算HPC系统技术特点是什么?

HPC系统目前主流处理器是X86处理器，操作系统是linux 系统(包括Intel、AMD、NEC、Power、PowerPC、Sparc等)、构建方式采用刀片系统，互联网络使用IB和10GE。

高性能计算HPC集群中计算节点一般 分3种: MPI节点、胖节点、GPU加速节点。双路节点称为瘦节点(MPI节点)，双路以上称为胖节点;胖节点配置大容量内存;集群中胖节点的数量要根据实际应用需求而定。

opencl（全称open computing language，开放运算语言）是第一个面向异构系统通用目的并行编程的开放式、免费标准，也是一个统一的编程环境, opencl类似于另外两个开放的工业标准opengl和openal，这两个标准分别用于三维图形和计算机音频方面。ati stream是amd针对旗下图形处理器（gpu）而推出流处理技术，利用这种技术可以充分发挥amd gpu的并行运算能力，用于对软件进行加速或进行大型的科学运算。【opencl】opencl(全称open computing language，开放运算语言)是第一个面向异构系统通用目的并行编程的开放式、免费标准，也是一个统一的编程环境，便于软件开发人员为高性能计算服务器、桌面计算系统、手持设备编写高效轻便的代码，而且广泛适用于多核心处理器(cpu)、图形处理器(gpu)、cell类型架构以及数字信号处理器(dsp)等其他并行处理器，在游戏、娱乐、科研、医疗等各种领域都有广阔的发展前景。

高性能计算的性能指标怎样衡量?

通常含一个机器周期的指令称为单周期指令,包含两个机器周期的指令称为双周期指令。你设计图纸中的节点（螺栓锚固节点）计算后，应依据计算值进行螺栓选配（单栓设计承力值及总栓数），其中单栓承载力主要是由单栓的材质（钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8...。 你设计图纸中的节点(螺栓锚固节点)计算后,应依据计算值进行螺栓选配(单栓设计承力值及总栓数),其中单栓承载力主要是由单栓的材质(钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8...。

时延( 内存和磁盘访问延时)是计算的另一个性能衡量指标，在HPC系统中，一般时延要求如下:

测试工具—Linpack HPC是什么?

常微分方程的基本概念 变量可分离的微分方程 齐次微分方程 一阶线性微分方程 伯努利(bernoulli)方程 全微分方程 可用简单的变量代换求解的某些微分方程 可降阶的高阶微分方程 线性微分方程解的性质及解的结构定理 二阶常系数齐次线性微分方程 高于二阶的某些常系数齐次线性微分方程 简单的二阶常系数非齐次线性微分方程 欧拉(euler)方程 微分方程的简单应用。 通解: 微分方程的解中含有任意常数,且任意常数的个数与微分方程的阶数相同. 特解: 确定了通解中任意常数以后的解初始条件: 用来确定特解的条件初值问题: 求微分方程满足初始条件的解的问题.一个就是一阶微分方程，三种可解的类型，可分离变量的方程，还有齐次方程，还有一阶线性微分方程，这三种方程你要确实掌握，不管给了你什么样的题，你应该能够准确的做出来。六、常微分方程与差分方程考试要求1.了解微分方程及其阶、解、通解、初始条件和特解等概念.2.掌握变量可分离的微分方程.齐次微分方程和一阶线性微分方程的求解方法.3.会解二阶常系数齐次线性微分方程.4.了解线性微分方程解的性质及解的结构定理，会解自由项为多项式.指数函数.正弦函数.余弦函数的二阶常系数非齐次线性微分方程.5.了解差分与差分方程及其通解与特解等概念.6.了解一阶常系数线性差分方程的求解方法.7.会用微分方程求解简单的经济应用问题.。

业界还有其他多种测试基准，有的是基于实际的应用种类如TPC-C，有的是测试系统的某一部分的性能，如测试硬盘吞吐能力的IOmeter，测试内存带宽的stream。

至目前为止， Linpack 还是广泛地应用于解各种数学和工程问题。也由于它高效率的运算， 使得其它几种数学软件例如IMSL、MatLab纷纷加以引用来处理矩阵问题，所以足见其在科学计算上有举足轻重的地位。

Linpack现在在国际上已经成为最流行的用于测试高性能计算机系统浮点性能的Benchmark。通过利用高性能计算机，用高斯消元法求解N元一次稠密线性代数方程组的测试，评价高性能计算机的浮点性能。

双列直插式内存(DIMM)有几种类型?

20个内存插槽，支持内存类型ddr4 ecc ddr4 rdimm/lrdimm，支持ddr4-2400内存，可扩展2.5tb内存（当使用单条容量128gb的内存时）。需要注意的是so-dimm并不是sd-dimm， so-dimm根据内存的不同规格，又可分为sdram、ddr、ddr2等类型dimm模组。ps：so-dimm，中文含意为“小外形双列内存模组”，它是一种类型的计算机内存模组。

非易失双列直插式内存NVDIMM是什么?

NVDIMM由BBU(Battery Backed Up) DIMM演变而来。BBU采用后备电池以维持普通内存中的内容几小时之久。但是，电池含有重金属，废弃处置和对环境的污染，不符合绿色能源的要求。由超级电容作为动力源的NVDIMM应运而生。并且NVDIMM使用非的Flash存储介质来保存数据，数据能够保存的时间更长。

主流高性能计算网络类型有哪些?

InfiniBand架构是一种支持多并发链接的“转换线缆”技术，InfiniBand技术不是用于一般网络连接的，它的主要设计目的是针对服务器端的连接问题的。因此，InfiniBand技术将会被应用于服务器与服务器(比如复制，分布式工作等)，服务器和存储设备(比如SAN和直接存储附件)以及服务器和网络之间(比如LAN，WANs和互联网)的通信。高性能计算HPC系统为什么要使用IB互联?主要原因是IB协议栈简单，处理效率高，管理简单，对RDMA支持好，功耗低，时延低。

目前只有Mexllaon、Intel、Qlogic提供IB产品，Mexllaon是主要玩家，处于主导地位， IB目前支持FDR和QDR、EDR。

Host Channel Adapters (HCA)是IB连接的设备终结点，提供传输功能和Verb接口;Target Channel Adapters (TCA)是HCA的子集，基本上用于存储。

RDMA(Remote Direct Memory Access)技术全称远程直接数据存取，就是为了解决网络传输中服务器端数据处理的延迟而产生的。RDMA通过网络把数据直接传入计算机的存储区，将数据从一个系统快速移动到远程系统存储器中，实现Zero Copy。

高性能计算的灵魂—并行文件系统

TOP500 HPC系统中存储主要使用分布式文件系统，分布式文件系统(Distributed File System)可以有效解决数据的存储和管理难题: 将固定于某个地点的某个文件系统，扩展到任意多个地点/多个文件系统，众多的节点组成一个文件系统网络。每个节点可以分布在不同的地点，通过网络进行节点间的通信和数据传输。人们在使用分布式文件系统时，无需关心数据是存储在哪个节点上、或者是从哪个节点从获取的，只需要像使用本地文件系统一样管理和存储文件系统中的数据。

分布式文件系统的设计基于客户机/服务器模式。高性能计算技术是什么一个典型的网络可能包括多个供多用户访问的服务器。当前主流的分布式文件系统包括: Lustre、Hadoop、MogileFS、FreeNAS、FastDFS、NFS、OpenAFS、MooseFS、pNFS、以及GoogleFS等，其中Lustre、GPFS是HPC最主流的。

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