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中科院网络中心超级计算中心创新纪实

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-01-09 编辑:散文精选

作者:王宸妃来源:中国科学新闻,发布日期:2015/3/16 10:48336036

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打造“医院的重量”赋予科技“高科技”力量

中国科学院网络中心超级计算中心创新纪录片

元“超级计算系统”■记者王宸妃

为了解决一些科学问题,我们需要给超级计算机配备强大的计算能力。早在1989年,由中国科学院领导和主持的中关村教育研究示范网(NCFC项目)就旨在将中国科学院、清华大学和北京大学连接成一个高速网络,并通过网络共享超级计算机和信息资源。NCFC骨干网建成后,中国科学院决定成立中国科学院计算机网络信息中心(以下简称网络中心),负责网络和超级计算机的运行。从此,网络中心承担了中国科学院高性能计算的研发和支持服务功能,走上了高性能计算领域的竞争之路。

计算能力的不断创新和不断提高

1996年,第一台SGI Power Challenger XL电脑被引入网络中心,以6千兆位的计算速度跻身“1996年全球超级计算机500强”。网络中心成立了一个超级计算应用研究室。自此,研究室充分发挥了超级计算环境的优势,为用户提供高质量的服务和高水平的系统运行管理,并积极筹备建立国家“超级计算中心”。

2000年,经过各方努力,国产曙光2000-II超级计算机落户网络中心,每秒钟为用户提供1117项在线计算服务。它与SGI Power Challenger XL和日立SR2201超级计算机一起,组成了中国科学院最初的超级计算中心。

2002年后,由于网络中心在超级计算软硬件环境和人才方面的优势,超级计算应用研究中心根据发展需要更名为中国科学院超级计算中心(以下简称超级计算中心)。

超级计算中心作为网络中心下属的重要业务部门,主要从事并行计算的研究、实现和应用服务,为大型复杂技术和商业应用提供解决方案。超级计算中心的目标是为科学院甚至社会提供最强的高性能计算能力和技术支持网络中心副主任兼超级计算中心主任迟薛斌告诉记者。

就硬件环境而言,超级计算机从60亿台SGI(1996)、近100亿台日立(1998)、1000多亿台国产曙光2000二(2000)、5万亿台国产联想沈腾6800超级计算机(2003)、10亿台沈腾7000超级计算机(2009),一直到2014年12月开始向外界提供服务的“元”超级计算机系统。六代超级计算机紧随其后,引领中国科学院计算能力的稳步提高。经过多年的不断建设,超级计算中心不仅得到了中国科学院的认可,也得到国家的认可。它先后成为中国国家电网北部和中国国家电网运行支持中心的主要节点,确立了中国科学院在中国大规模计算领域的领先地位。

值得一提的是,联想沈腾6800曾在世界500强超级计算机中排名第14位,并在中国软件产业协会数学软件分会2003年公开发布的中国高性能计算机100强名单中名列榜首。新一代“元”超级计算机系统安装在网络中心怀柔分中心。它采用混合架构,支持异构计算,分两个阶段构建。总计算能力约为2.3次浮点运算(1次浮点运算等于每秒10至15次运算),使中国科学院的超级计算能力从10亿次跃升至10亿次。

20年的起伏和丰硕的成果

1月27日,英特尔的技术团队和专家访问了网络中心进行项目讨论。超级计算中心提交的应用程序已被逐层选择,并成功排名为世界第六大英特尔并行计算中心。

英特尔并行计算中心选择的合作伙伴都是各自领域的领先大学、机构和实验室;他们致力于应用程序的并行化,并通过优化微处理器和协处理器的内核、高速缓存、线程和向量来提高并行性和可扩展性。

“超级计算中心团队已成立近20年,在系统运行和维护以及对用户的技术支持方面积累了丰富的经验。”迟薛斌告诉记者,超级计算中心共有6名研究人员,其中一名来自中国科学院的“百人计划”,一名来自网络中心的“百人计划”。有20多名助理研究员,医生占团队的50%。

高性能计算机能否充分发挥其能效在很大程度上取决于应用。

刚刚退休的沈腾7000已经在2008年实现了8000次核大规模科学计算。在此之后,在中国科学院的支持下,超级计算中心与中国科技大学、中国科学院大气研究所、中国科学院力学研究所以及其他科研和教育机构合作,独立开发了一万个核应用,涉及流体力学、生物分子模拟和地球系统模型等领域齐薛斌说。

在为超级计算建立一个硬环境的同时,软实力超级计算技术的研究和发展同样重要。超级计算中心通过不断自主创新,为用户提供大规模的科学计算服务和技术支持,推动中国科学院科学计算应用的发展,通过计算手段促进科学发现。2008年1月,由超级计算中心参与完成的“中国国家电网”项目获得2007年国家科技进步奖二等奖。2012年6月,超级计算中心生产的SCE网格软件率先实现有偿国际出口,援助苏丹非洲科技城(ACT)。2013年9月,网络中心成为新成立的中国超级计算创新联盟的发起者和附属单位。2014年底,网络中心获准成立中国科学院计算科学应用研究中心。这一成就不仅提升了超级计算中心在中国乃至世界的地位和影响力,也意味着超级计算中心领导和员工多年来的默默努力。

对接用户需求,赋予“先进”科技力量。

2010年,根据中国科学院“十一五”信息规划,超级计算中心建立了中国科学院三级超级计算环境布局,即“中国科学院总中心分中心研究所级中心”。通用中心是位于网络中心的超级计算中心。依托超级计算中心的技术优势和主动服务意识,越来越多的个性化高性能计算服务被提供给中国科学院内外的用户。

截至2014年12月31日,超级计算中心共为各类用户开立了1003个账户。其中,沈腾7000名用户:498345人(69.28%)住院,153人(30.72%)出院。CSCGrid用户:396,194人(48.99%)住院,202人(51.01%)出院。GPU用户:83,49人住院(59.04%),34人出院(40.96%)。“元”系统用户:26个新申请账号(100%住院用户)。

对于大多数研究人员来说,超级计算如何帮助科学研究?事实上,这个怪物一直影响着我们的现在和未来,并且与科学研究和生活密切相关。

“利用联想沈腾7000超级计算平台,超级计算中心承担了软件并行化工作,最终实现了8192核的高效并行化,并行化效率超过80%,从而建立了包括暗物质和流体动力学在内的完整高效宇宙学数值模拟计算环境WIDGEON。”基于此项目,紫金山天文台研究员冯龙龙进行了大规模的宇宙学数值模拟,这将对实现我国重大科学项目的科学目标起到重要作用,如LAMOST红移测量项目和南极天文学科学前期研究。嬗变系统中的加速器粒子数量巨大,要显示的变量多种多样。同时,有必要揭示在各种示例的移动过程中特征信息的变化。超级计算中心为现代物理研究所承担的ADS试点项目提供定制的可视化分析软件工具,并为其数据分析提供强大的帮助。

与中国科学院大气研究所合作,对海洋气候模拟数据进行可视化处理,并用表面绘图等手段对标量进行可视化显示海洋温度、盐度和海平面高度随季节的变化。海洋速度是海洋气候变化研究的关键问题之一。超级计算中心开发了一个海洋流场分析模块,该模块可以交互操作前向和后向轨迹技术,直观地再现海水流动,帮助科学家分析海洋环流问题。基于计算模拟和一些实验的工艺设计将摆脱传统的根据大量实验摸索和总结规律的方法,并将大大加快我国新型钛合金的设计和变形工艺的优化,节省大量的时间和资源,有利于可持续发展中国科学院金属研究所研究员徐东升在超级计算中心的支持下,完成了高温变形钛合金微观组织演变的大规模并行模拟。

supercomputing center自成立以来,一直坚持“面向科研领域,服务社会,提供优质服务,促进并行事业”的方针,积极为用户提供大规模的科学计算服务和技术支持。医院内外各类科研单位和高等院校有60多个服务单位。科学计算主题涵盖许多学科,如数学、物理、化学、天文学、地质学、力学、生命科学、材料等。科研人员共开展了396个科研项目。这些项目来源广泛,主要来自国家自然科学基金会和国家高技术研发计划。超级计算中心已经成为当之无愧的“医院的重型工具”

《中国科学报》 (2015-03-16第8版平台)

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