HPC案例分享:借至强5500探索未知世界

互联网 | 编辑: 杨雪姣 2009-12-10 00:00:00原创-特约

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在上一篇案例分享文章“基础物质科研的腾飞之翼”中,我们已经看到了国家级重要科研单位对于HPC技术的重视,以及对于英特尔全新至强5500处理器平台的青睐,本篇案例则要与大家分享作为教育机构、国内知名高校的南京大学构建HPC系统前前后后的故事,以及它选用英特尔至强5500的原因。

视探索未知世界为已任

谈起南京大学,大家可能会立即想起它是一所教育部直属的重点综合性大学,也是首批进入国家“211工程”和“985工程”的高等院校之一。但很多人不了解的是,多年以来该校理科学科的教学科研水平一直在国内高校中名列前茅,它不但拥有三十多名两院院士,还曾在最能反映一个国家、一个机构基础研究水平的SCI收录论文学术榜上连续7年排名全国高校第一,其被引用论文数也曾连续6年位居第一。进入二十一世纪,南京大学更是一如既往地以学科建设为龙头、队伍建设为核心,推动学科结构优化升级,朝着到2012年即建校110周年时,建成世界知名高水平大学的目标前进。

为了达到这一目标,南京大学始终坚持自己的办学定位,即要成为探索未知世界、认识客观真理、为解决人类面临的重大课题而从事科学发现的场所和思想库。

未知世界到底什么样,哪些问题又是人类面临的重大问题?在南京大学地球科学与工程学院教授、江苏省高性能计算专业委员会主任周会群博士看来,从地球内部的构造、地震产生的原因,到新型材料的微观结构、新型药物的研发,这些都是需要人类率先解决的重大问题,只有搞清楚了它们,才能进一步探索未知世界。

解决上述这些问题,往往需要依赖于理论和实验。即通过理论科学来提出关于自然现象的假说,再归纳总结出物理模型和数学模型。而实验科学则用来验证现成的理论假说,提供新的实验事实,以修正理论。

计算是科学研究的新支柱

不过,随着计算机技术的不断进步,周会群教授感受到,高性能计算设备计算能力的不断提高,更是促进了科学研究的领域和手段不断向前发展。

“随着计算机技术的不断进步,现在,研究人员完全有条件利用计算机来进行实验室里面不可能复现的一些实验。比如地球科学领域的一些实验,我们则是‘上天有路,入地无门’,探测地球内部非常困。即便是打超深钻井,其深度还不及大陆地壳的三分之一,地球深部物质的性质无法用直接观察和测试来确定。地球内部不但是超高温、超高压的极端环境,而且具有复杂的物质成分、结构与性质,多数地球规模的、以及地球内部的现象无法用实验来复现。”周会群教授表示;“但是高性能计算机(HPC)的兴起,对地球科学的部分领域提供了一个革命性的契机。

特别是近年来处理器性能的大幅度提升,使得我们有可能通过基于量子力学理论的计算模拟,从物质的微观性质做起,逐步了解地下这些物质在高温、高压状况下究竟会产生什么样的变化。以往,我们对于地球内部结构和成分的认识,很大一部分是通过对天然地震波进行分析并加以推断得到的。现在我们完全可以更多地依赖计算,通过在超级计算机(HPC)上的虚拟实验来了解地球内部的结构和成分。”

用高性能计算加快研究步伐

周会群教授表示,他此前在国外学习、研究期间,就曾经尝过高性能计算给科研工作带来的“甜头”。所以在回国之后,他就成为了推动南京大学应用高性能计算的“热心人”。“以前,为了找到能用于研究的计算平台,科研人员甚至需要到跑到全国各地去。”周会群教授说:“如果有了自己的高性能计算平台,南京大学物理、化学、大气、天体、地球物理、电子、生命科学等顶尖学科的科研能力,就能够‘再上一层楼’。”

为了达成这一心愿,从2004年开始,周会群就和另外几位“热心”的南大老师一起,积极开展南京大学高性能计算中心的规划、设计、选型和建设工作。而在南京大学高性能计算中心的设计阶段,他们曾提出一个明确的目标,就是“要在单位体积内尽可能地提供更多的计算能力,而且整个高性能计算中心,要建成为一个‘绿色’的高性能计算中心。”

围绕这一目标,经过反复的测试,2009年周会群教授最终选中英特尔至强5500处理器作为南京高性能计算中心的“心”。因为他在测试中发现,至强5500处理器的计算能力相当“惊人”,在至强5500平台上,有很多的他日常使用的应用软件,其运行性能都比原来的方案获得了大幅度提升。

而今,南京大学基于英特尔至强5500服务器平台的、设计目标为35万亿次浮点运算/秒的高性能计算中心正在紧锣密鼓的建设过程中。而南京大学在这款处理器平台上的测试结果,对于那些同样迫切渴望投建高性能计算平台,以探索未知世界的国内高校来说,也具有非常普遍的借鉴意义。英特尔至强5500服务器平台以其出色的性能表现,必将成为国内高校加速教学和科学研究的一个重要工具。

从中科院合肥物质科学研究院及南京大学选择至强5500的原因来看,它们其实都是被这款英特尔最新处理器平台领先同侪的高性能和高能效表现所打动的。事实上,早在至强5500发布之前,就有很多HPC用户因看中它在这些方面的出色表现而锁定了它,以致今年6月、也就是至强5500上市仅两个多月后公布的2009年上半年全球HPC TOP500榜上就有33套上榜系统采用了它。而在近期发布的2009年下半年全球HPC TOP500和2009年中国HPC TOP100排行榜上,这款处理器平台也获得了优异的成绩,其中最值得一提的,就是TOP100中排名第一、TOP500中排名第五的国产“天河一号”HPC系统也采用了至强5500,这堪称国内HPC产业和用户对其价值的最大肯定。

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