一號(hào)超算的“魔法力量”北大高性能計(jì)算平臺(tái)“未名生科一號(hào)”正式上線，“超算三兄弟”助力北大教學(xué)和科研

10月26日，北大高性能計(jì)算平臺(tái)“未名生科一號(hào)”正式上線。

“未名生科一號(hào)”緣何以“生科”為名？

“未名生科一號(hào)” 雖然是“一號(hào)”，但卻是北京大學(xué)高性能計(jì)算校級(jí)公共平臺(tái)上建設(shè)的第三套超算系統(tǒng)了，它誕生之時(shí)已經(jīng)有了兩個(gè)“哥哥”，分別是“大哥”未名一號(hào)和“二哥”未名教學(xué)一號(hào)。

那么，作為“三弟”的第三套超算系統(tǒng)，他的名字當(dāng)中為何出現(xiàn)了“一號(hào)”呢？原因就在于這套系統(tǒng)將聚焦生命科學(xué)及其相關(guān)前沿交叉學(xué)科的需要，要優(yōu)先服務(wù)于冷凍電鏡平臺(tái)的科研工作。從這個(gè)角度理解，它確實(shí)稱得上是北大在生命科學(xué)領(lǐng)域的“第一號(hào)”超算系統(tǒng)。

“冷凍電鏡”簡(jiǎn)單解釋的話，這就是一項(xiàng)用“速凍”技術(shù)固定住蛋白質(zhì)等生物大分子，進(jìn)而通過電子顯微鏡觀察其空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的誕生，促進(jìn)了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的蓬勃發(fā)展，2017年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，就頒發(fā)給了三位在冷凍電鏡技術(shù)上作出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家。

北京大學(xué)冷凍電鏡實(shí)驗(yàn)室設(shè)備

冷凍電鏡有三個(gè)關(guān)鍵因素：冷凍固定技術(shù)，顯微技術(shù)，以及對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理的技術(shù)，而高性能計(jì)算平臺(tái)正是實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)收集和處理的重要基礎(chǔ)。具體來說，從電子顯微鏡拍下的“照片”到立體的生物分子結(jié)構(gòu)，這中間就需要超級(jí)計(jì)算機(jī)的能力了。所以，“未名生科一號(hào)”今后的主要工作就是解析出電鏡拍攝到的很多二維照片與生物大分子的三維空間結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

當(dāng)然，作為一個(gè)強(qiáng)大的超算系統(tǒng)，“未名生科一號(hào)”也會(huì)為其他學(xué)科領(lǐng)域提供不低于30%的公共機(jī)時(shí)。據(jù)介紹，這將有效緩解高性能計(jì)算平臺(tái)首套系統(tǒng)“未名一號(hào)”的排隊(duì)情況，為廣大師生營(yíng)造更加優(yōu)質(zhì)的高性能計(jì)算環(huán)境。

技術(shù)人員緊張調(diào)試設(shè)備

未名生科一號(hào)的“硬實(shí)力”

來看一下“未名生科一號(hào)”的參數(shù)與配置：

“未名生科一號(hào)”采用聯(lián)想深騰X8810超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建設(shè)，由150個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，共計(jì)4688個(gè)CPU核心，28塊GPU卡，總體計(jì)算能力理論峰值為587.8TFLOPS，其中CPU節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力為343.4TFLOPS，GPU等其他節(jié)點(diǎn)總計(jì)算能力為244.4TFLOPS，存儲(chǔ)容量為10.2PB。

計(jì)算節(jié)點(diǎn)CPU支持AVX-512指令集，大幅度提升了處理器的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，GPU節(jié)點(diǎn)采用最新的NVIDIA Tesla V100型號(hào)GPU，并采用NVLink方式連接，單卡GPU雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算速度理論值可達(dá)7.8TFLOPS。計(jì)算網(wǎng)絡(luò)采用omni-path架構(gòu)，安裝有intel、gcc等編譯器，作業(yè)管理采用slurm調(diào)度系統(tǒng)，集群管理采用計(jì)算中心自主開發(fā)的集群監(jiān)控管理套件。

作為超級(jí)計(jì)算機(jī)，“未名生科一號(hào)”的參數(shù)配置與常見的家用電腦不太一致。直觀解釋它的運(yùn)算能力的話，就是可以在一秒鐘實(shí)現(xiàn)587.8萬億次的浮點(diǎn)運(yùn)算，這大概相當(dāng)于5000臺(tái)普通電腦同時(shí)工作的運(yùn)算能力。

未名生科一號(hào)的“長(zhǎng)成記”

“未名生科一號(hào)”于2018年6月21日起投入試運(yùn)行，成為了北京大學(xué)高性能計(jì)算校級(jí)公共平臺(tái)的“實(shí)習(xí)生”。4個(gè)月以來，它已經(jīng)累計(jì)為12個(gè)項(xiàng)目35位科研人員提供了計(jì)算支持，包括生命科學(xué)學(xué)院高寧和李寧寧團(tuán)隊(duì)，物理學(xué)院歐陽頎、毛有東和李新征團(tuán)隊(duì)，分子醫(yī)學(xué)研究所陳雷團(tuán)隊(duì)，北京國(guó)際數(shù)學(xué)中心鄂維南團(tuán)隊(duì)。試運(yùn)行期間，系統(tǒng)的平均使用率達(dá)到了94.7%。

“未名生科一號(hào)”的建成，將為北京大學(xué)的尖端科研計(jì)算開拓新的發(fā)展空間。它既實(shí)現(xiàn)了高性能計(jì)算平臺(tái)兩級(jí)架構(gòu)的建設(shè)思路，提升了平臺(tái)對(duì)重大科研的支撐能力，又有效改善了生命科學(xué)的研究手段，對(duì)生物物理、定量生物學(xué)、結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)和分子醫(yī)學(xué)等前沿交叉學(xué)科的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。