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2025年1月
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發(fā)布時間: 2013-02-02
相信很多人都對傳說中的“隱身衣”有著不同尋常的好奇，這種只存在《哈利波特》中的魔法寶物是真的嗎？“隱身衣”到底是大自然的奇跡，還是科學(xué)的力量？深圳光啟高等理工研究院（以下簡稱光啟研究院）劉若鵬院長告訴記者：“隱身衣”是一種超材料技術(shù)研制、通過引導(dǎo)微波“轉(zhuǎn)向”防止物體被“發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)產(chǎn)物。
光啟研究院自2010年7月揭牌成立后，吸引了多個國家和地區(qū)的杰出科學(xué)家，在充滿活力的交叉學(xué)科合作中，建立起具有廣闊國際視角的科研環(huán)境。不到兩年的時間內(nèi)，光啟研究院已經(jīng)成為中國超材料技術(shù)的領(lǐng)軍企業(yè)。
2011年，光啟研究院全面啟動超材料制備與封裝技術(shù)重點實驗室等5個重點實驗室和超穎射頻技術(shù)工程實驗室等6個工程實驗室的建設(shè)，在光啟的實驗室中，曙光GPU解決方案通過跨越“三重門”，成為集群管理成功的關(guān)鍵。
三重考驗 挑戰(zhàn)集群管理操作能力
因為研發(fā)需要，光啟研究院GPU集群所承擔(dān)的大部分科研工作需要使用CST Microwave studio2011、 COMSOL 4.2和MATLAB三個軟件作大規(guī)模計算，三個軟件對集群的要求各具特色：
可用的CST Microwave Studio 2011版本在分布式計算時，要求頭結(jié)點必須是Windows Server 2008 R2 操作系統(tǒng)，計算結(jié)點必須是LLinux系統(tǒng)。CST2011可以使用GPU加速，單結(jié)點可以掛載多顆GPU；自帶MPI通信工具；自帶作業(yè)調(diào)試器。
而COMSOL4.2有兩類使用，單個大作業(yè)、多個小作業(yè)。計算時需要調(diào)用MATLAB，因此需要將MATLAB與COMSOL配置正確，以使協(xié)同工作。
MATLAB 2011b 則需要支持GPU加速，同時支持分布式并行計算，自帶作業(yè)調(diào)度工具，客戶端不必登錄服務(wù)器就可以提交作業(yè)、查看結(jié)果。
面對三個大型軟件同時工作時，普通的GPU根本無法滿足如此大規(guī)模的計算，往往會陷入崩潰的狀況。針對光啟研究院的特別需求，曙光公司迎難而上，制定了一整套GPU解決方案。
一個集群管理軟件GridviewGridview PK多個工作調(diào)度
要滿足光啟研究院的需求，既要整合三個軟件到同一個作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)之中，又要避免三個軟件使用各自調(diào)度器帶來的資源競爭和資源閑置。這是一個極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，必須深入了解這兩款商業(yè)的軟件的架構(gòu)，實現(xiàn)無縫融合，讓軟件用戶感覺不到作業(yè)調(diào)試系統(tǒng)的改變。
為此，曙光公司研發(fā)人員認(rèn)真研究了光啟的應(yīng)用需求。光啟研究院的科學(xué)家是超材料的專家，卻不是IT專家，怎樣讓他們不必登錄集群、不必學(xué)習(xí)LLinux命令，只需打開瀏覽器就可以直觀地提交作業(yè)、查看計算結(jié)果呢？光啟近二百位科學(xué)家?guī)缀趺刻於荚谑褂眉海疫\算能力越高越好，就需要GPU越多越好；光啟的機房剩余空間不多，必須提供計算能力密集的服務(wù)器；還要考慮同時配置Windows結(jié)點和Linux結(jié)點，以便使用CST2011，兩類結(jié)點要統(tǒng)一調(diào)度；而且單個作業(yè)需要使用多顆GPU，GPU間通信需要高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)……
最終，曙光公司決定使用集群管理軟件Gridview中的作業(yè)調(diào)度模塊替代CST2011和MATLAB 2011b 自帶的作業(yè)調(diào)度工具，實現(xiàn)作業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度。曙光公司集群管理軟件Gridview支持定制開發(fā)portal，集群管理員可以快速開發(fā)出特定應(yīng)用軟件的portal。
而且曙光提供的GPU高性能解決方案系統(tǒng)中的大部分結(jié)點都部署了SUSE操作系統(tǒng)，少量結(jié)點部署windows server 2008 R2虛擬機。CST2011頭結(jié)點僅僅分發(fā)作業(yè)，并不承擔(dān)計算任務(wù)，負(fù)載較輕，虛擬機即可勝任。單個物理結(jié)點上部署多個虛擬機，節(jié)約投資。
在有限的預(yù)算內(nèi)，曙光還配備了202塊NVIDIA Tesla C2050 GPU卡，使CPU與GPU的數(shù)量達(dá)到1:1的最佳比例。每個主板上掛載兩顆GPU，這兩顆GPU之間的通信不必通過網(wǎng)絡(luò)交換機，使用本地內(nèi)存即可完成，大大減少了通信開銷，提高應(yīng)用的擴展性。
當(dāng)GPU跨結(jié)點并行時，通信開銷往往成為性能提升的瓶頸。為此，曙光GPU高性能解決方案配置高帶寬低延時的InfiniBand QDR網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，任意結(jié)點之間都能達(dá)到全線速40Gbps。采用極高密度的曙光GPU服務(wù)器，在1U空間實現(xiàn)兩顆CPU+兩顆GPU的計算能力，使光啟研究院有效節(jié)省機房面積，卻更快的提高了計算能力與計算速度。
在光啟研究院項目準(zhǔn)備、實施過程中，曙光公司做了大量的定制研發(fā)，尤其是面對作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)整合、極高密度GPU服務(wù)時，充分體現(xiàn)出多年深耕高性能計算的實力。曙光從單一服務(wù)器硬件供應(yīng)商向“信息服務(wù)供應(yīng)商”的轉(zhuǎn)型之路，漸行漸近。
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