HPC软件技术综述
高性能计算系统(HPC)软件实施方案
2：高性能计算平台——分系统组成
高性能计算平台——仿真计算分系统
双路计算服务器、双路GPU计算服务器、16路胖节点计算服务器组成。
硬件组成
软件配置
CAE高性能计算软件由于其计算方式的不同，对CPU、内存、IO等的要求也不同，具体分为三大类：IO密集型，通讯密集型和支持GPU加速类型。
考虑因素
应用软件兼容性Linux和Windows的互兼容性CPU兼容性厂家对操作系统的支持时间
操作系统
安装方式
Windows
图形服务器本地硬盘配置一块系统盘，全部空间都分配给c:盘。安装过程中选择带“图形界面的Windows Server”。
Linux
2路服务器本地配置一块系统盘。16路服务器本地多块配置一块系统盘。操作系统安装过程中选择“Desktop User”模式，安装完成后配置Yum，Yum源放置到/apps/rhel68下面，方便后续随时增减安装包。配置PAM动态认证插件，实现动态SSH配置，提升系统安全性。每台机器需要配置IB驱动和并行运行环境，保证并行计算可以通过IB口进行通信。并行运行环境需要配置MPICH、Open MPI和Intel MPI几种，并优先使用Intel MPI。
/opt/xcat
-
集群管理软件
/apps/<appname>
C:\(本地盘)
应用软件安装位置
计算数据区
/data
/data/<密级>/<user>
S:\（映射盘）
用户计算作业临时存储空间，不同密级的任务数据文件分开
存储规划
3：项目实施——集群时钟同步
hpc技术方案
HPC技术方案一、硬件架构高性能计算（HPC）系统的硬件架构主要由高性能处理器、高速内存、存储设备、网络通信设备等组成。
根据应用需求和计算规模，可以选择不同的硬件配置，如CPU、GPU、FPGA等加速器。
同时，需要考虑硬件设备的可扩展性和可维护性。
二、操作系统HPC系统通常采用Linux操作系统，因为它具有稳定性、可扩展性和易维护性等优点。
此外，还需要针对HPC环境进行定制和优化，如配置并行文件系统、实现作业调度等。
三、编程模型为了简化HPC应用程序的开发，可以采用编程模型和工具。
常见的HPC 编程模型包括MPI、OpenMP、CUDA等，它们可以支持并行计算和分布式计算。
此外，还有一些高级编程语言和框架，如Python、MATLAB等，也可以用于HPC应用程序的开发。
四、优化算法针对HPC应用程序，需要对算法进行优化，以提高计算效率和精度。
优化的方法包括算法改进、参数调整、代码优化等。
在优化过程中，需要结合具体的应用场景和需求，进行详细的分析和测试。
五、资源管理HPC系统的资源管理是指对系统的处理器、内存、存储等资源进行分配和管理。
可以采用资源调度工具和云技术等实现资源的动态分配和回收。
资源管理需要考虑资源的利用率和系统的高可用性。
六、数据处理HPC系统通常需要进行大规模的数据处理和分析。
可以采用分布式存储和计算技术，如Hadoop、Spark等，实现数据的分布式存储和处理。
数据处理需要考虑数据的可靠性、一致性和效率。
七、系统集成为了将各种硬件和软件组件集成在一起，形成一个稳定、高效的HPC系统，需要进行系统集成。
系统集成需要考虑系统的可扩展性、可靠性和可维护性，同时需要进行测试和性能优化。
八、运维管理为了确保HPC系统的稳定运行和持续提供高性能计算服务，需要进行运维管理。
运维管理包括系统监控、故障诊断、性能优化、安全防护等方面。
可以采用自动化工具和智能运维技术，提高运维效率和系统的可用性。
九、性能评估性能评估是HPC技术方案的重要环节，用于衡量系统的性能表现和计算效率。
hpc的名词解释
hpc的名词解释超级计算机（HPC）是一种性能强大、能够高效处理大规模数据和复杂计算任务的计算机系统。
它的应用范围广泛，包括科学研究、工程模拟、天气预报、医学影像分析等多个领域。
本文将从不同角度解释HPC这个领域的一些关键概念和技术。
首先，我们来介绍HPC的基本概念。
超级计算机是由大量处理器节点组成的并行计算系统。
它不同于个人计算机或普通服务器，拥有更多的计算能力和存储容量。
HPC系统的计算性能通常以每秒执行的浮点运算次数（FLOPS）来衡量，能够达到数百万甚至上亿亿次每秒的计算速度。
在HPC领域，我们还需要了解到并行计算的概念。
并行计算是指将一个大型计算任务分解成多个较小的子任务，再通过多个处理器同时执行这些子任务，从而加快计算速度。
并行计算可以分为两种类型：共享内存和分布式内存。
共享内存并行计算中，多个处理器共享同一块内存，这些处理器可以相互访问其中的数据。
而在分布式内存并行计算中，每个处理器都有自己的内存，需要通过网络进行通信和数据传输。
在HPC系统中，存在一个重要的问题，即并行计算中的负载平衡。
负载平衡是指将计算任务合理地分配给各个处理器，以使得各个处理器的计算速度尽可能相同，从而提高整个系统的计算效率。
负载平衡问题是一个复杂的挑战，需要考虑任务的大小、计算需求、数据传输等因素。
为了解决负载平衡问题，研究人员提出了一些优化算法和技术。
其中之一是任务调度算法。
任务调度算法通过动态地调整任务在不同处理器间的分配，以实现负载平衡。
除了任务调度算法外，还有一些其他的并行优化技术，如并行算法设计、内存优化等，都在提高HPC系统的性能和效率方面起到了重要作用。
并行计算中的通信机制也是HPC领域的一个关键概念。
在一个HPC系统中，各个处理器之间需要实现高效的数据传输和通信。
这往往涉及到消息传递接口（MPI）和高性能网络等技术。
HPC领域也在不断研究和开发新的通信机制，以满足不断增长的计算需求。
除了并行计算和通信机制外，HPC还涉及到一些其他的关键概念和技术，如并行文件系统、并行数据库等。
hpc知识点总结
hpc知识点总结HPC知识点总结HPC（高性能计算）是一种利用大规模计算机集群进行高速计算的技术。
它广泛应用于科学、工程、金融等领域，可以大大提高计算效率和处理能力。
本文将从不同方面总结HPC的相关知识点。
一、HPC的基本概念1. HPC的定义：高性能计算是一种使用大规模计算机集群或超级计算机进行高速计算的技术，旨在解决大规模数据处理和复杂计算问题。
2. HPC的特点：高性能计算通常具有高并行性、高吞吐量和高计算能力的特点，能够处理大规模数据和复杂的计算任务。
3. HPC的应用领域：HPC广泛应用于天气预测、气候模拟、地震模拟、药物研发、基因组学、金融模型等领域。
二、HPC的关键技术1. 并行计算：HPC依赖于并行计算技术，通过将任务分解成多个子任务并行执行，以提高计算效率。
2. 分布式计算：HPC常使用分布式计算架构，将计算任务分配给集群中的多个计算节点进行处理，以实现高性能计算。
3. 计算模型：HPC采用不同的计算模型，如MPI（消息传递接口）和OpenMP（多线程并行计算），以实现不同层次的并行计算。
4. 存储系统：HPC需要高速、可靠的存储系统来支持大规模数据的读写和处理，如并行文件系统和分布式存储系统。
5. 网络通信：HPC集群中的计算节点需要通过高速网络进行通信和数据传输，如InfiniBand和以太网等。
三、HPC的优化技巧1. 算法优化：选择合适的算法和数据结构，减少计算量和存储空间，优化计算效率。
2. 并行优化：合理划分任务、均衡负载、减少通信开销，提高并行计算效率。
3. 存储优化：使用高速磁盘阵列、SSD等存储设备，优化数据读写速度。
4. 网络优化：优化网络拓扑、调整网络参数，提高节点之间的通信速度和带宽。
5. 编译优化：使用合适的编译器和编译选项，优化代码的执行效率。
四、HPC的发展趋势1. 大规模集群：HPC集群规模越来越大，节点数量和计算能力不断增加，以满足日益复杂的计算需求。
HPC详细介绍
一、什么是HPCANSYS HPC软件能够让用户利用一些多核的电脑在更短的时间内，做更大规模的仿真和更准确的仿真计算。
HPC对于用户来说,可以在产品研发规定的时间节点内进行更多方案的仿真计算,而产生实际的商业价值.由于HOC能够用更大规模和更多细节进行仿真，因此HPC能够让客户对产品性能有更深入的控制，帮助客户避免浪费成本，错误的设计和产品研发的失败。
二、为什么市场需要HPC当今市场对于HPC的需求比以往更盛,原因在于:1、产品开发周期缩短2、竞争激烈3、有针对性的研究产品性能三、为什么你要卖HPC1、增加签单规模2、追加销售3、竞争4、提升客户关系四、H PC可以做什么HPC家族产品可以实现多处理器/多核电脑的并行计算。
并行计算将仿真任务分解成若干小块，在一个独立的处理器中同时进行计算。
在这种情况下，你可以讲你的任务分成10份，在10个核上进行计算，这样计算速度就会加快10倍。
此外，由于有多进程处理,你可以解决非常大规模的问题，而避免了单个进程带来的计算速度慢.对于FlUENT 或者Mechanical产品实际执行并行计算时，HPC产品会控制允许多少进程进行仿真.五、H PC的典型应用是什么1、几乎所有的CFD仿真：CFD本身固有特性就是计算慢，因此使用HPC能够缩短仿真时间2、大规模的、更细节的模型仿真3、复杂的非线性结构仿真六、H PC家族产品的种类ANSYS HPC家族产品包含了两个独立的产品：1、ANSYS HPC Packs:这是一个非常有吸引力的并行计算产品, 在高效的并行计算上有客观的效果。
每一个仿真工作会占用一个或多个HPC Pack license. 并行计parallel processing for multiple simulations or combined to offer virtually unlimited parallel on a single simulation。
宝德HPC高性能计算服务器集群系统简介
宝德HPC高性能计算服务器集群系统简介HPC高性能计算服务器集群系统是高性能计算和高可用技术有机结合的性能强大、高可用的集群系统。
在实际应用中，许多科学研究和商业企业的计算问题都可以通过HPC系统来解决。
HPC可以在下列领域能够帮助开发和研究人员进行建模和模拟，同时，以最快的速度计算出模拟的结果，为下一步开发和最终结构的确定提供及时可靠的依据：⎫⎫天气预报气象⎫制药企业的药理分析⎫科研人员的大型科学计算问题⎫石油勘探中对石油储量的分析⎫航空航天企业的设计和模拟⎫化工企业中对分子结构的分析计算⎫制造业中的CAD/CAM系统和模拟试验分析⎫银行和金融业对经济情况的分析生物/生命科学中生物分子研究和基因工程计算宝德HPC系统由高性能并行计算应用系统，集群控制节点、通信库以及管理服务器，数据库存储系统，各节点操作系统，节点通信系统，各计算节点，以及系统运行环境等组成。
★高性能计算应用系统各种并行计算的应用程序，针对不同的应用对象和问题而设计的软件系统。
★集群控制节点、通信库及管理服务器集群控制节点是HPC的核心设备，担任着运行主控程序和作业分发的任务。
其上的集群管理软件是整个高性能计算系统的管理者。
HPC控制节点通过集群控制、管理及通讯库将整个系统紧密联系在一起。
同时，还要负责初始化集群节点、在所需数量的节点上安装应用程序、并监视集群节点和互连的当前运行状况。
★数据库存储系统数据库存储系统是高性能计算的后端存储系统，与主控节点相连，高性能计算的结果通过主控节点统一送到该系统进行集中存储。
该系统可以一个RAID存储阵列柜，也可以是一个存储网络，如SAN等。
★节点操作系统因为Linux操作系统具有开放源码、容易整合和再开发的特点，所以在HPC Cluster中被普遍采纳，占到操作系统的80%以上的比例。
而Windows NT受其自身的封闭环境阻碍，Linux 有大量的集群系统可供选择，适合于不同的用途和需要，保证系统可适应最新的工具，有较高的可用性。
hpc管理系统技术参数
hpc管理系统技术参数HPC管理系统技术参数HPC（高性能计算）管理系统是一种用于管理和优化HPC集群的软件系统。
它提供了一系列的技术参数，用于评估和监控HPC的性能和效率。
下面将介绍HPC管理系统常用的技术参数及其作用。
1. 资源利用率：指HPC集群中各节点的资源利用情况。
通过监控CPU、内存、存储等资源的使用率，可以评估集群的负载情况，优化资源分配策略，提高整体的资源利用效率。
2. 任务调度效率：指HPC管理系统对任务调度的效果。
任务调度算法的优劣会直接影响到任务的执行效率和集群的整体性能。
通过评估任务的等待时间、执行时间等指标，可以评估任务调度算法的优劣，并进行相应的优化。
3. 通信带宽：指HPC集群节点之间的通信速率。
高效的通信带宽可以提高节点之间的数据传输速度，减少通信延迟，从而加速任务的执行。
通过监控通信带宽的使用情况，可以及时发现瓶颈并进行优化。
4. 系统稳定性：指HPC管理系统的稳定性和可靠性。
稳定的系统可以保证任务的顺利执行，减少系统的崩溃和故障对任务的影响。
通过监控系统的错误日志、故障率等指标，可以评估系统的稳定性，并进行相应的改进和维护。
5. 安全性：指HPC管理系统的安全性和防护能力。
安全的系统可以保护用户的数据和隐私不受到未经授权的访问和攻击。
通过监控系统的安全日志、防火墙、用户权限等指标，可以评估系统的安全性，并采取相应的安全措施。
6. 数据管理能力：指HPC管理系统对大规模数据的管理和处理能力。
高效的数据管理能力可以提高数据的读写速度和处理效率，加快任务的执行。
通过监控数据的读写速度、数据传输速率等指标，可以评估系统的数据管理能力，并进行相应的优化。
7. 可扩展性：指HPC管理系统的扩展能力和适应性。
可扩展的系统可以根据需求灵活地增加或减少节点，适应不同规模和负载的计算任务。
通过评估系统的扩展性和性能表现，可以选择合适的硬件和软件配置，提高系统的可扩展性。
8. 用户界面友好性：指HPC管理系统的用户界面的易用性和友好性。
高性能计算集群(HPC_CLUSTER)
高性能计算集群（HPC CLUSTER)1.1什么是高性能计算集群？简单地说，高性能计算（High-Performance Computing）是计算机科学的一个分支，它致力于开发超级计算机，研究并行算法和开发相关软件。
高性能集群主要用于处理复杂的计算问题，应用在需要大规模科学计算的环境中，如天气预报、石油勘探与油藏模拟、分子模拟、基因测序等。
高性能集群上运行的应用程序一般使用并行算法，把一个大的普通问题根据一定的规则分为许多小的子问题，在集群内的不同节点上进行计算，而这些小问题的处理结果，经过处理可合并为原问题的最终结果。
由于这些小问题的计算一般是可以并行完成的，从而可以缩短问题的处理时间。
高性能集群在计算过程中，各节点是协同工作的，它们分别处理大问题的一部分，并在处理中根据需要进行数据交换，各节点的处理结果都是最终结果的一部分。
高性能集群的处理能力与集群的规模成正比，是集群内各节点处理能力之和，但这种集群一般没有高可用性。
1.2高性能计算分类高性能计算的分类方法很多。
这里从并行任务间的关系角度来对高性能计算分类。
1.2.1高吞吐计算（High-throughput Computing)有一类高性能计算，可以把它分成若干可以并行的子任务，而且各个子任务彼此间没有什么关联。
因为这种类型应用的一个共同特征是在海量数据上搜索某些特定模式，所以把这类计算称为高吞吐计算。
所谓的Internet计算都属于这一类。
按照Flynn的分类，高吞吐计算属于SIMD（Single Instruction/Multiple Data，单指令流－多数据流）的范畴。
1.2.2分布计算（Distributed Computing)另一类计算刚好和高吞吐计算相反，它们虽然可以给分成若干并行的子任务，但是子任务间联系很紧密，需要大量的数据交换。
按照Flynn的分类，分布式的高性能计算属于MIMD （Multiple Instruction/Multiple Data，多指令流－多数据流）的范畴。
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– Capacity: 4x-every-three-years (1.6x per year) – Cycle time: 1/3 in 10 years – Cost ($ per MByte): reduces by a factor of 2.7 per year – Capacity: 1.25x per year (prior to 1990), 1.50x per year – Access time: 1/2 in 10 years (80-90) – Cost ($ per MByte): reduces by a factor of 1.3/year (86-92),
• Processor
Technological Trends in the Past
– Speed: 1.35x per year (before mid 1980s), 1.58x per year – Cost ($ per MIPS): reduces by a factor of 0.5 per year (83(afterwards) 90)
11
Growth in Powerful Computing Systems
• Processor speed is doubling every 18 months • Design and development of powerful and costeffective uni-processor/multi-processor systems • Use of commodity components (processor, memory, and disk) and economy of scale keep on pushing down the prices of these boxes • Allowing people to have powerful computing boxes on their desks
Impact on Designing Past and Current Computing Systems
• Computing systems have been designed by ignoring LANs
– – – – – Mainframes Symmetric MultiProcessors (SMPs) Massively Parallel Systems (MPPs) Personal Computers Desktop Workstations
2.0/year (92-95)
• FDDI (1987- ): • Fast Ethernet (1993- ):
• 10 times improvement in 20 years
10 Megabits/sec (1.25 MBytes/sec) 4/16 Megabits/sec (0.5/2.0MBytes/sec) 100 Megabits/sec (12.5 MBytes/sec) 100 Megabits/sec (12.5 MBytes/sec)
Summary of Technology Trends
• Network has been ignored as an integral component of a computing box in the past • Three important developments in 90's
– commodity and affordable networking technologies – powerful uniprocessor/SMP systems – emergence of the Web technology
Basic Resources for Designing Computing Systems
• Computing cycles
– capacity (total amount of CPU cycles) – rate (MHz)
Presentation Outline
• • • • • • • • • Motivation Technological Trends Applications (Past, Current, and Emerging) Defining Network-Based Computing Systems Challenges and Research Issues Research Challenges and Projects Available Experimental Testbed Related 888 Course Conclusions
Technological Trends Current and Future
• Networking Technology • Powerful Uniprocessor/SMP Systems • Emergence of the Web Technology
• Objective: Design cost-effective systems by taking advantage of on-going advancements in processor, memory, disk, bus, and interconnection network technologies. • LANs/WANs have been primarily used to
– technological trends (processor, memory, disk, interconnection) • past • current and future – computational demand of applications • past • current and emerging
Dhabaleswar K. (DK) Panda Department of Computer Science and Engineering The Ohio State University E-mail: panda@ /~panda
• Memory and Disk
– capacity (MBytes) – bandwidth (MBytes/sec) – latency (nano/micro/milli sec)
• Interconnection/network between processormemory-disk
– bandwidth (MBytes/sec) –th in Commodity Network Technology
Representative commodity networks; their entries into the market
Ethernet (1979 - ) Fast Ethernet (1993 -) Gigabit Ethernet (1995 -) ATM (1995 -) Myrinet (1993 -) Fibre Channel (1994 -) InfiniBand (2001 -) 10-Gigabit Ethernet (2001 -) InfiniBand (2003 -) InfiniBand (2005 -) InfiniBand (2007 -) 10 Mbit/sec 100 Mbit/sec 1000 Mbit /sec 155/622/1024 Mbit/sec 1 Gbit/sec 1 Gbit/sec 2.5 Gbit/sec (1X) Æ 2 Gbit/sec 10 Gbit/sec 10 Gbit/sec (4X) Æ 8 Gbit/sec 20 Gbit/sec (4X DDR) Æ 16 Gbit/sec 30 Gbit/sec (12X SDR) Æ 24 Gbit/sec 40 Gbit/sec (4X QDR) Æ 32 Gbit/sec
16 times in the last 6 years
Emergence of the Web Technology
• Web technology to share information and data • CGI scripts and Java support
– to integrate computation with communication – to blur distinction between heterogeneous computing systems (architectures, operating systems, instruction sets)
– provide connectivity among computing systems – support file transfers between computing systems (clientserver) and resources (disks, printers, scanners, ...) – support transactions between system
• Ethernet (1974- ): • Token Ring (1980- ): MBytes/sec (Cray T3D/T3E) • 300 times improvement SMP system) • 100 times improvement
• Memory (DRAM)
• Magnetic Disk
Technological Trends in the Past (Contd.)
• Interconnection schemes
– System Bus: 10.0 MBytes/sec (Multibus-I) to 1024 MBytes/sec (Sun – Interconnection Network: 1.0 MByte/sec (CM-2) to 300 – Local Area Network (LAN):