中科大超算中心：發力學科探索

文/李京 張煥杰

中科大超算中心：發力學科探索

文/李京 張煥杰

科研的重要平臺

高性能計算設施是研究型大學的重要平臺，在學校教學、科研活動中發揮著不可替代的作用。

高性能計算應用領域非常廣泛，幾乎在所有學科中，高性能計算都能發揮作用。比如空間物理、地球化學、地球物理等涉及到地球圈層相互作用的環境效應等學科，此外，生命科學、高能物理、天體力學等許多學科在計算機的幫助下，可以取得更快的研究進展。所以說，高性能計算是研究型大學學科發展的一大平臺。

按照不同的分類方式，高性能計算設施有不同的劃分。具體來說，可以有三個不同類別的劃分。

通用型/專用型。通用型指的是：在作業系統管理下，多學科、多人共享使用，提供通常的計算服務，適合學校統一建設管理。專用型指的是使用特定的操作系統和軟件環境，某個系統或應用專用，往往加入到一個網格中，參與網絡計算，適合按照應用建設，統一管理。

計算密集型/數據密集型。計算密集型指的是計算量大，但數據存儲需要的不多。數據密集型指的是數據量非常大，如高能物理計算需要非常多的數據存儲空間。

通信密集型/松耦合型。為提高計算速度，往往需要多CPU共同完成計算任務，將一個計算任務劃分成子進程分別在多個CPU上同時運行。通信密集型指的是子進程間通信密集，在SMP、CCnuma等共享內存或使用infiniband等高速網絡互聯機器上運行效率高。松耦合型指的是子進程間通信少，在以太網廉價互連的機器上運行，性價比很高。

中科大高性能計算設施現狀

從1995年開始，伴隨Linux和Internet的發展，中國科技大學多個院系、研究組建設了大大小小的Linux集群用于高性能計算。2004年中科大設立超級運算中心，掛靠在網絡信息中心，對全校用戶提供高性能計算服務和支持。超算中心是科大五大公共實驗中心之一。超算中心設專家委員會，專家由用戶和計算機學院老師組成。

目前，中科大高性能計算設施的現狀是：

第一，集中式與分散式計算設施并存。首先，在大范圍內，由學校超算中心統一建設、運行管理，用戶共享使用，計算能力10TFLOPS。此外，部分院系、項目組用科研經費建設了各自的高性能計算設施，供小范圍使用，以Linux集群為主，總計算能力超過20TFLOPS。

第二，高性能CC-numa機器與廉價Linux集群并存。CC-numa機器價格高，但通信性能最快，Linux集群通信性能偏低，但價格也低，性價比很高。

第三，校內外計算資源共用。部分項目組，除了使用學校的計算資源，也會使用校外性價比高的計算資源，如上海超算中心、科學院超算中心的計算資源。

集中式設備由超算中心負責建設與運行管理。在投入方面，從2004年至今總投入約1500萬，現有計算資源約10 TFLOPS，在今年10月剛增加了一套GPU高性能計算機（CPU性能5TFLOPS，GPU單精度性能205TFLOPS），年底前還將再增加一套約6TFLOPS高性能計算機。

超算中心現有設備有：高性能共享內存計算機 HP SuperDome，峰值0.77TFLOPS，2004年購買； 高性能計算集群HP RX2600，峰值0.38TFLOPS，2004年購買；IBM刀片計算集群，峰值1.8TFLOPS，2007年購買；聯想深騰1800高性能Linux計算集群， 峰值4.7TFLOPS，2008年聯想公司贈送；曙光4000A；基于國產龍芯2CPU的KD50-I萬億次高性能計算機；聯想GPU高性能計算機等。

在分散式計算設施方面，各院系根據自己的需求，建立了各自的計算設施。比如，我校楊金龍教授研究組建設有3組Cluster，作為組內計算使用，除使用校內計算資源外，還付費使用上海超算等優質廉價計算資源。此外，還有物理學院Science Grid網格分支。物理學院初步建成Science Grid高性能計算中心，為粒子、天體、等離子體物理、理論學科發展提供大規模數據處理、及仿真模擬分析所需的計算機資源，其計劃處理器核數量：3000～5000核，預計投入1200萬元人民幣。

超算平臺的未來發展

超算平臺經過近六年的建設和運行，發展處于一個瓶頸期。希望能通過以下措施，細化超算平臺的的服務內容，改進服務方式，提高服務水平，更好地為科大的科研和教學提供服務。

首先， 對超算用戶進行細分，提供更細致的服務。對剛開始接觸高性能計算的新用戶加強宣傳、培訓與服務，幫助其盡快掌握一些高性能計算的基礎知識。對于科研產出率高的用戶進行重點服務和支持，優先使用，細致服務。針對商業或開源軟件用戶，提供相關的軟件環境和硬件環境，盡量滿足用戶需求。針對自己開發軟件的用戶，需提供深入的開發支持，必要時幫助用戶進行優化，提高運行速度。針對托管系統用戶，需要提供系統托管服務。

其次，對程序模式進行細分，提供最合適的平臺。不同的平臺價格差異很大，要盡量發揮各種機器的優勢。大內存、高通信、大I/O的應用，適合在單節點性能高（當然也比較昂貴）的機器上運行，取得很高的實際計算性能；而多任務應用一般適合在集群系統上運行，可以在非常低的成本下獲取滿意的性能。

此外，對超算中心的工作內容細分，引進合格的技術人員。在工作內容細分與崗位要求方面，要注意這幾個方面。首先，日常運行和支持方面， 機器的常規運行和技術支持，人員要求較低；其次，平臺建設與維護方面，要充分了解各種程序、各種機器的特性；收集基準測試程序，對各種機器進行評測和比較；負責系統規劃、建設、維護的全過程；對用戶程序提供運行環境支持；人員素質要求高；第三，高級用戶支持方面，對用戶提供1對1的系統和開發支持，人員素質要求最高。后兩項工作對人員素質要求很高，可以借助部分高級用戶的力量來完成一些工作。

總之，在工作中，設備是基礎，人員是關鍵。我們的關鍵詞是：細分用戶級別、深化服務內容、改進服務方式、提高服務水平、支撐學校發展。

未來五年，我們計劃再建設一個400平米的超算專用機房，聚合計算性能發展到50～100T FLOPS，軟件環境具備3種以上的系統和運行環境，提供10種以上公用計算軟件。實現服務分級，重點支持5個以上研究組，提供高等級服務。管理方面，要具備不同層次8～10名技術人員。爭取對外合作，與企業建立合作關系，為國家和地方經濟提供計算服務。

（作者單位為中國科技大學網絡信息中心）

互聯網有多重?

你考慮過這個問題嗎?所謂虛擬的互聯網到底有幾千克重?

不過CNET有人做出了這個終極問題的答案。他們計算出來了目前鏈接到互聯網上的每臺電腦、每臺服務器以及線纜的重量,最終得出的結果是：498,438,559,990千克。你可能從未意識到我們的互聯網也是如此龐大臃腫的一個玩意。有趣的是這里面還包含了iPhone、 Blackberry。

根據CNET的計算，他們認為世界上大約有570,937,778臺電腦正鏈接到互聯網,然后以平均每臺約40千克計算。

以下是一些相關的數據:

服務器的重量約是 175,480,931千克

線纜的重量以每米5.8千克計算,最后的結果87,000,000千克以上

IPhone 銷售了4200萬部，大概607.5萬千克重

黑莓銷售了5000萬部，重680萬千克

互聯網目前有287,524種病毒

而我們每天瀏覽的網站綜合相當于不到0.01千克重的煎蛋

你也可以“作個火星人”

美國宇航局和微軟公司日前宣布合作開設火星探索網站——“作個火星人”(beamartian.jpl.nasa.gov)網站。用戶登陸該網站不僅能了解美國宇航局迄今數百次火星探索任務的進展情況，而且可親身參與火星探索。

美國宇航局火星探索項目主任道格·麥奎遜說：“火星探索任務獲得了極其豐富的資料，我們現在到了一個人人都能當探索家的歷史階段。”他說，網站用戶能夠自由擴展或創建自己的“火星任務”，并對美國宇航局的科研項目做出貢獻。比如統計火星環形山的數目任務艱巨，僅憑計算機或科學家難以完成，成千上萬的網民參與將加速這項工作的完成。用戶還能幫助科學家繪制精確的火星地圖，并因此獲得游戲“積分”。

（來自美國宇航局）