超级计算机现状和我国发展规划PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,AMT,咨询 专业实用 为您着想,*,/10,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,超级计算,机,现状,和我国发展规划,1,.,汇报内容,Outline,超级计算,机,现状,和我国发展规划,国家超算天津中心及天河一号介绍,未来国家超算天津中心重点研发方向与资源更新规划,12/12/2024,2,.,超级计算机现状和,国内,发展规划,HPC development strategy and situation,第,一,部分,12/12/2024,3,.,日本地球模拟器,2002,年，,40Tflops,IBM BlueGene/L,2005,年，,367Tflops,2007,年，,596Tflops,IBM BlueGene/L,2005,年，,367Tflops,2007,年，,596Tflops,Cray-YMP,1988,年，,2.3Gflops,Cray-1,1976,160Mflops,IBM,红色选择,1999,年，,3,万亿次,Cray T3E-1200,1998,年,1Tflops,1983,1992,CrayT3D,1993,19Gflops,走鹃，,2008,年，,1,千万亿次,天河二号,2013,年，,5.5,万万亿次,2013,年天河二号,5.49,万万亿次,从,1.6,亿次到,5.49,万万亿次；,38,年性能提高了,340000000,倍,39,年前第一台商用巨型机问世,1997,超级计算机现状和发展规划,TH-1A,，,2010,年，,4.7PFlops,12/12/2024,4,.,超级计算机现状和发展规划,提高超级计算机性能的三驾马车,主频、指令级并行、并行度,并行度,足够宽（数万结点）,足够深（核间、异构、,SIMD,、指令级）,12/12/2024,5,.,超级计算机是国家综合科技创新能力的基础支撑，全球各大国家均大力发展超级计算机,中国近几年在大力发展超级计算机,超级计算机现状和发展规划,12/12/2024,6,.,天河超级计算机发展,Development history of Tianhe supercomputer,1978年，由小平批准，国防科大开始研制,“,银河-1”,从此，开始了中国研制超级计算机的艰难和辉煌的历程,Approved by Xiao-ping DENG,the NUDT started to develop the,“,Milky Way-1,”,.,From then on,began a difficult and glorious history of Chinese,S,upercomputer research.,银河-1,100Mflops,1983,银河-2,1Gflops,1990,银河-3,10Gflops,1997,天河一号,4.7Pflops,2010,天河二号,55Pflops,2013,12/12/2024,7,.,高性能计算机,Supercomputer R&D,建立协同研发的机制，集中优势力量，突破核心关键技术,研制Eflops超级计算系统（1000 Pflops),高性能计算应用,HPC applications,Support,建立适应不同行业的国家高性能计算应用软件中心,部署行业能力型重大应用软件系统的研发，构建能力型行业重大应用数值模拟软件平台,部署容量型普适推广应用课题，部署于国家超算中心等，培育、吸引和稳定一批自主应用软件系统的用户,高性能计算环境,HPC environment,Construction,建立具有世界一流资源能力和服务水平的、支撑国家创新发展的国家高性能计算环境,科技部高性能计算计划,:2016-2020,MOST,projects on HPC:2016-2020,12/12/2024,8,.,国家超级计算天津中心与天河一号,Introduction to NSCC-TJ&Tianhe-1A,第,二,部分,12/12/2024,9,.,我国目前,已投入运营的应用范围最广、综合支撑能力最强,的,国家级超算,中心,峰值,4700,万亿次的天河一号超级计算机；,400,台以上服务器的通用云计算系统；,容量超过,10PB,的海量存储系统；,多领域行业软件；,完善的网络基础设施；,完善的机房、供电、制冷等基础设施。,主要业务为高性能计算,、,云计算,和大数据,服务，目前服务的,政府、企业及科研院所,用户数已达,600,余,家,NSCC-TJ,10,.,国家发改委“大数据技术与应用”国家地方联合工程实验室,国家工信部工业云试点单位,国家科技部示范型国际合作基地,博士后科研工作站,与多家企业和研究机构建立的联合实验室,NSCC-TJ,11,.,计算机技术创新,广泛的应用成效,天河一号,12,.,国际学术界的评价,Remark from international academia,CPU+GPU,异构融合体系结构,CPU+GPU heterogeneous architecture,64,位多核多线程自主飞腾,1000 CPU,64 bits Multi-core and Multi-thread CPU,自主高速互连通信技术,Self-developed High-speed interconnect communication technology,“天河一号”的运算速度比橡树岭国家实验室的要快大约,40%,，这是运算速率的极大提升。中国同时研制了一种互联技术，让这些处理器相互联系，,这不是美国的技术，而是中国自己的技术。这是一个创举。,The technology belongs to China,not U.S.,its a pioneering work,-,美国田纳西大学教授杰克,唐加拉,Prof.Jack Dongarra,Tennessee University,中国的“天河一号”采取的,CPU,与,GPU,融合的结构，代表了未来超级计算机的发展趋势。随着计算机规模的不断拓展，,这种结构虽然不是唯一的解决方法，但目前看来是最好的。,The architecture is not the only solution,but the best so far,-,美国斯坦福大学计算机系主任比尔,戴利,Billy Daley,Computer Science College,Stanford University,三大技术创新,Three technical innovations,13,.,石油勘探,Oil Exploration,生物医药,Biological medicine,航空航天,Aero and Space craft design,可控核聚变,N,uclear fusion,气象预报,Weather forecast,高性能计算的主要应用领域,The main application area of HPC,动漫设计,Animation Design,高端装备制造,The high-end equipment manufacturing,土木建筑设计分析,BIM,金融工程,Financial Engineering,基础科学研究等,Research on Basic sciences,超级计算的重要作用：提升国家创新能力，加速战略性新兴产业发展,I,mprove the,national,innovation ability and accelerate the development of strategic emerging industries,in China,14,.,业内专家和用户的评价,综合服务能力最强，系统最稳定，服务质量最好,计算服务应用计时：,140,万机时,/,天,每天运行任务数：,1000,存储数据规模：,4.5PB,服务至今已,4,年（,2010.122015.3,）,2014,年,10,月,11,日,31,日的作业运行状况,天津超算中心运营情况,12/12/2024,15,.,天津超算中心运营情况,“天河一号”系统稳定运行服务，支撑国家重大科研项目超过,800,项,国家自然科学基金项目超过,600,项,863,和,973,项目超过,100,项,其他重大项目（工信部、发改委、中石油、中海油等）超过,40,项,国际和地区项目超过,10,项,服务全国大部分省份（包含香港地区），,2014,年服务用户已经超过,600,余家,12/12/2024,16,.,聚变领域研究合作,合作单位：北京大学、中国科学技术大学、浙江大学、,nvidia,托卡马克“回旋环形等离子体代码”,GTC,程序的,GPU,开发与优化,模拟规模：,50,000,cores,，每秒模拟的电子数达,300,多亿,12/12/2024,17,.,聚变技术开发及相关合作,实际操作,GTC,程序移植到“天河一号”,程序部署,热点分析,Pushe:,获得网格点上的场数据，根据作用力更新电子的位置,Shifte:,高度串行化计算,MPI,操作,12/12/2024,18,.,聚变技术开发及相关合作,程序的具体优化策略,存储器访问优化（针对,pushe,）,针对三维访问数组进行纹理绑定,合并数组增加缓存命中率,CPU-GPU,数据传递,优化,（针对,pushe,）,临时数组直接在,GPU,中分配,使用,GPU,的寄存器来存放部分数组,不变数组只在第一调用,kernel,时传递到,GPU,算法优化（针对,shifte,）,分级并行紧致化：通过分级,scan,方法,并发执行,串行代码与,kernel,并发执行,在,GPU,内部使用多流，使,kernel,间并发执行,Improve performance about 20%,Improve performance about 20%;Cache hit rate from 8%to 35%;Total 3x kernel performance speedup,SHIFTE gets 1.8x speedup,CPU-GPU transfer time reduced to 12%of pushe kernel time.,PUSHE gets,7x,speedup,12/12/2024,19,.,聚变技术开发及相关合作,512 CPU,%,512 GPU,%,speedup,total time,157.79,100%,62.22,100%,2.5,field,0.64,0.41%,0.70,1.13%,iron,16.30,10.33%,16.17,25.99%,shifte,31.70,20.09%,17.48,28.10%,1.8,pushe,94.25,59.73%,12.63,20.30%,7.5,possion,4.90,3.11%,4.93,7.92%,electron other,10.00,6.33%,10.31,16.56%,以,512,个节点为例说明,GPU,对,electron,模块的加速,Profile of the CPU and GPU version for,512 MPI processes/6 openMP threads run,12/12/2024,20,.,聚变技术开发及相关合作,Weak Scaling Test,GTC,总体性能有,23,倍的加速，同时程序具有良好的可扩展性。,12/12/2024,21,.,聚变技术开发及相关合作,合作单位：中科院等离子体所,边界湍流模拟程序,BOUT+,在天河上的扩展性测试及分析：,将,BOUT+,成功部署到天河系统，并进行多组扩展性测试。,与美国国家能源研究科学计算中心,NERSC,的,Edison,系统进行测试比较,12/12/2024,22,.,聚变技术开发及相关合作,测试环境对比：,计算结点：,NERSC-Edison:2,个,12,核,Intel Ivy Bridge,处理器，,2.4GHz,天河一号：,2,个,6,核,Intel Nehalem,处理器，,2.93GHz,互联：,NERSC-Edison:Cray Aries with Dragonfly topology with 23.7 TB/s global bandwidth,天河一号：自主高速互联,MPI,实现：,NERSC-Edison:,基于,GCC 4.9.1(Cray Inc.),、,Cray-mpich/7.0.3,天河一号：,基于,GCC 4.4.7,编译器、,openmpi,编译生成的,mpi,12/12/2024,23,.,聚变技术开发及相关合作,在,Edison,和天河一号上的测试对比,Tianhe-openmpi,下，,CALC,可以保持较好的,scaling,，,solver,的,scaling,最差。,当进程数大于,128,时，在天河上使用,openmpi,编译的,bout,表现出较差的,scaling,，原因为,solver,模块中的,PVODE,求解器的耗时随着进程数的增加反而增加。,目前正在针对,solver,模块进一步分析导致耗时异常的代码段。,12/12/2024,24,.,未来国家超算天津中心重点研发方向与资源更新规划,第,三,部分,12/12/2024,25,.,2007,年，图灵奖获得者,Jim Gray,在美国国家研究理事会计算机科学和远程通讯委员会（,NRC-CSTB,）的演讲报告中提出了科学研究“第四范式”,第一范式：实验科学研究范式,描述自然现象，,主要,以观察和实验为依据的研究,第二范式：理论科学研究范式,主要,以建模和归纳为基础的理论,推导与,分析,研究,第三范式：计算科学研究范式,主要以,模拟,仿真,复杂现象为基础的计算科学,研究,第四范式：数据科学研究范式,以,数据考察为基础，联合理论、实验和模拟一体,的数据密集计算,处理研究,高性能计算、大数据和云计算融合技术,Fusion Tech.of Big Data and HPC,CC at NSCC-TJ,12/12/2024,26,.,天津超算中心运营情况,12/12/2024,27,.,高性能计算、大数据和云计算融合技术,Fusion Tech.of Big Data and HPC,CC at NSCC-TJ,大数据硬件技术与环境建设的核心为数据分析和数据挖掘，,通过云计算,虚拟与集成技术,实现大数据的采集与应用服务，,通过高性能计算配合数据挖掘算法实现大数据的分析处理，,通过层次式动态可扩展存储系统实现海量数据的高效存储。,大数据与云计算和超级计算融合技术：,基于超级计算与云计算的大数据处理与应用建模示意图,12/12/2024,28,.,高性能计算、大数据和云计算融合技术,Fusion Tech.of Big Data and HPC,CC at NSCC-TJ,12/12/2024,29,.,近期中心系统资源规划,配置一组天河二号机柜,新的互连网络,Intel V2 CPU,和,MIC,扩大“天河一号”计算结点的内存,将现在每个计算核心（,core,）的内存容量由,2GB,扩大到,4GB,更新天河一号计算结点的,CPU,和,GPU,使用,Intel,最新的,CPU,：,E5-2600,系列,配置最新的,GPU,：,K80,扩大近线海量存储的容量，实现容量,10-20PB,，或者更大,双副本存储，高可靠,天河一号超级计算机与天河云平台协同使用,可支持大数据分析挖掘的计算,-,存储融合系统,增加一组计算,-,存储融合式的计算结点集群系统,支持大数据应用的融合式系统,将天河一号、云计算平台和大数据应用融合,12/12/2024,30,.,谢,谢！,Thank You!,12/12/2024,31,.,