高性能計(jì)算環(huán)境與應(yīng)用

中國科學(xué)院 遲學(xué)斌

國家高性能計(jì)算環(huán)境（中國國家網(wǎng)格）建設(shè)可以追溯到20世紀(jì)90年代末。1999～2000年，國家863計(jì)劃支持建設(shè)的5個(gè)高性能計(jì)算中心構(gòu)成的國家高性能計(jì)算環(huán)境，形成了國家網(wǎng)格環(huán)境的雛形。隨后，國家高性能計(jì)算環(huán)境在國家五年計(jì)劃的連續(xù)支持下得到了不斷發(fā)展。目前，國家高性能計(jì)算環(huán)境聚合了國內(nèi)眾多優(yōu)秀的高性能計(jì)算資源，面向用戶提供便捷穩(wěn)定的高性能計(jì)算服務(wù)，支撐了十余個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域計(jì)算平臺(tái)建設(shè)。

在國家科技計(jì)劃項(xiàng)目持續(xù)支持下，在“十三五”階段，國家高性能計(jì)算環(huán)境聚合資源能力得到進(jìn)一步提升，目前聚合了19個(gè)結(jié)點(diǎn)單位的計(jì)算資源，包括北方主結(jié)點(diǎn)中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心、南方主結(jié)點(diǎn)上海超級(jí)計(jì)算中心、6個(gè)國家超級(jí)計(jì)算中心（天津、無錫、廣州、濟(jì)南、長沙、深圳），以及香港大學(xué)的11個(gè)普通結(jié)點(diǎn)，分布在全國各地，總聚合計(jì)算資源峰值200PFLOPS，總聚合存儲(chǔ)資源167PB。同時(shí)，在北京運(yùn)行管理中心基礎(chǔ)上，國家高性能計(jì)算環(huán)境成立了合肥運(yùn)行中心，實(shí)現(xiàn)了北京/合肥雙運(yùn)行中心異地備份。

國家高性能計(jì)算環(huán)境采用環(huán)境中間件SCE構(gòu)建。SCE是一套面向高性能計(jì)算的、輕量級(jí)的、可穩(wěn)定運(yùn)行的網(wǎng)格系統(tǒng)軟件，由中國科學(xué)院超級(jí)計(jì)算中心自主研發(fā)，其目的是聚合多個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)資源，屏蔽底層異構(gòu)性，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度，使之作為一個(gè)整體面向用戶提供便捷的計(jì)算服務(wù)。相關(guān)科研成果已經(jīng)申請一項(xiàng)國際專利（PCT/CN 2011/071640），并發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。通過SCE軟件，國家高性能計(jì)算環(huán)境提供了多種使用方式以滿足科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域用戶的不同需求。統(tǒng)一命令性工具適應(yīng)傳統(tǒng)的高性能計(jì)算領(lǐng)域用戶，交互式較強(qiáng)；通用計(jì)算門戶適用于化學(xué)、生物等不熟悉計(jì)算機(jī)命令的應(yīng)用領(lǐng)域用戶，操作界面簡單易學(xué)；環(huán)境應(yīng)用編程接口采用REST風(fēng)格的接口標(biāo)準(zhǔn)，支持多元化的應(yīng)用領(lǐng)域社區(qū)和業(yè)務(wù)平臺(tái)的建設(shè)。SCE軟件提供了以應(yīng)用為中心的全局作業(yè)調(diào)度，從資源層到應(yīng)用服務(wù)層全面引入應(yīng)用的概念，通過應(yīng)用封裝有效屏蔽了操作環(huán)境的異構(gòu)性，在服務(wù)層結(jié)合用戶使用習(xí)慣提供友好的操作界面，并支持調(diào)度的作業(yè)在目標(biāo)資源上可以正確執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。同時(shí)，SCE軟件部署簡單，維護(hù)成本低，具有較好的可用性和穩(wěn)定性。

在應(yīng)用與對(duì)外合作方面，國家高性能計(jì)算環(huán)境實(shí)現(xiàn)了與歐洲高能物理網(wǎng)格互操作，有力支撐了國際最前沿的高能物理科學(xué)研究。ATLAS是歐洲核子物理研究中心（CERN）的一個(gè)全球合作的高能物理實(shí)驗(yàn)。2015年，CERNATLAS實(shí)驗(yàn)組、中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心、中國科學(xué)院高能物理研究所合作開發(fā)通過“橋接”的方式實(shí)現(xiàn)了ATLAS生產(chǎn)性作業(yè)運(yùn)行在國家高性能計(jì)算環(huán)境資源上。

依托國家高性能計(jì)算環(huán)境已支持建設(shè)十余個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域社區(qū)和平臺(tái)。工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新社區(qū)與寶鋼集團(tuán)中央研究院開展合作，使得寶鋼在內(nèi)部資源用滿時(shí)作業(yè)自動(dòng)遷移到上海超算結(jié)點(diǎn)，解決了寶鋼在高性能計(jì)算資源建設(shè)過程中遇到的資源不斷擴(kuò)充、無法有效利用外部資源等問題。數(shù)字媒體和文化創(chuàng)意社區(qū)與山東新視覺科技有限公司合作承接多項(xiàng)渲染任務(wù)，以實(shí)際需求為主導(dǎo)，以社區(qū)為平臺(tái)參與制作多個(gè)文化宣傳作品。