HPC行业的优势及案课件

联想HPC优势及案例介绍联想高性能业务硕果累累

联想是中国高性能计算的领导者(2014,2015,2016)Source:中国的联想HPC，世界的联想HPC22018年6月世界Top500中国份额第一名，全球排名第一联想在2018年中国Top100排行榜上提供40套，第一名厂家数量占比Lenovo11723.4%HPE7915.8%Cray5611.2%2018年6月Top500前三名联想高性能计算主要用户2015LENOVOINTERNAL.ALLRIGHTSRESERVED.清华大学北京大学中国科技大学复旦大学上海交通大学同济大学浙江大学吉林大学厦门大学天津大学大连理工大学北京航空航天大学南京航天航空大学哈尔滨工业大学北京理工大学中国海洋大学石油大学中国农业大学华东师范大学东北大学中山大学中南大学福州大学西北工业大学西安交通大学……中海石油中国有限公司长庆石油勘探局大港油田集团有限责任公司大庆油田有限责任公司东方地球物理勘探有限责任公司中石油石油勘探开发研究院四川石油管理局川东钻探公司中石油天然气股份有限公司吐哈石油勘探开发指挥部新疆石油管理局威廉姆斯F1车队(英国)……中科院网络中心中科院数学所中科院过程所中科院大气物理所中科院地球物理所中科院化学所中科院力学所中科院高能所中科院遥感所中科院移育所中科院空间中心中科院国家天文台中科院上海硅酸盐所中科院上海生命科学院中科院上海应物所中科院上海天文台中科院大连化物所中科院苏州纳米所中科院兰州近物所中科院青岛海洋所中国地质科学院中国电信科学研究院中国电力科学研究院国家海洋局北海预报国家海洋局南海预报……联想高性能计算行业应用联想HPC的行业应用2015LENOVOINTERNAL.ALLRIGHTSRESERVED.高等院校计算化学、计算力学、计算数学、分子生物、材料科学、生命科学、基因研究、气象科学、核物理模拟等相关应用专业中科院各科研院所汽车设计、机械制造等相关企业CAE和渲染等应用各级政府的气象部门气象预报等应用航空、航天等相关单位飞行器设计、流体模拟等应用建筑设计、影视动漫等相关企业图像渲染等应用生物制药、基因制药等相关企业制药仿真等应用油田、石油勘探等相关公司油藏模拟、石油勘探等应用高性能计算在CAE中的应用2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.CAE处理流程：前处理：建立问题的几何模型、进行网格划分、建立用于计算分析的数值模型、确定模型的边界条件和初始条件等求解计算：是对所建立的数值模型进行求解，经常需要求解大型的线性方程组后处理：以图形化的方式对所得的计算结果进行检查CAE领域中不同类型解决方案的特征2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.CAEDomain:Pre/Post前后处理Structures结构Impact碰撞Fluids流体计算方式Serial(SMP*)SMP(MPI*)OpenMPIOpenMPI作业扩展性(#coresper1job)1(4*)1–4(8*)2–16(32*)4–128(256*)常用解决方案工作站或SMP胖节点SMP胖节点

PC集群PC集群典型内存要求32–128GBpernode16–64GB

pernode2GB/core1-2GB/core典型存储要求NAS/SANStripedArrayIBMGPFS1x36GB/node

(mirroroption)1x36GB/node

(mirroroption)典型存储要求单机单机或万兆InfinibandInfiniband(*=emergingcapability)DP=doubleprecisionmathCAE各类应用对资源的要求2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.CAE类应用HPC平台设计方案2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.解决方案要点：隐式有限元X3850X6，X3950X6，X3750M4X440X6，X880X6刀片显式有限元和流体力学集群系统：FlexSystem-X240m5，NeXtscale-nx360m5Infiniband网络并行文件系统+SAN存储混合HPC体系架构针对不同应用的资源要求进行各自配置使用SMP胖节点-集群混合架构Platform作业调度系统石油勘探开发的HPC应用2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.地震数据采集检验野外施工质量。对场地环境适应要求高地震数据处理数据体规模较大（几十到上百TB）计算节点间数据交换不多计算节点需要临时数据空间I/O压力较大地震资料解释人机交互为主数据体规模不大串行程序为主较高的图形显示功能3D。油田开发计算节点间通讯较多带宽、延迟敏感高速网络需求。石油勘探开发主要软件2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.地震资料处理软件软件名称组要应用软件厂商GeoEast地震资料常规处理东方地球物理公司（中国）Omega地震资料常规处理WesternGeco（美国）Geodepth地震资料叠前深度偏移ParadigmGeophysical（以色列）Focus地震资料常规处理ParadigmGeophysical（以色列）Views地震资料叠前深度偏移ADS公司（美国）Promax地震资料常规处理Landmark（美国）Geovector石油地震资料处理CGG（法国）SeisUP石油地震资料处理GeoCenter（美国）油藏模拟软件软件名称组要应用软件厂商Eclipse油藏模拟SchlumbergerVIP油藏模拟Landmark（美国）PRIS油藏模拟RDCPS（中科院软件所）地震资料解释软件软件名称组要应用软件厂商Eclipse油藏模拟SchlumbergerVIP油藏模拟Landmark（美国）PRIS油藏模拟RDCPS（中科院软件所）联想在石油勘探HPC系统解决方案2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.解决方案要点：地震资料处理系统集群系统：FlexSystem-X240m5刀片集群，2GB/Core，两个本地硬盘。计算节点万兆线速互联。逆时偏移等新方法采用NeXtscaleGPU集群。并行文件系统+SAN存储、集群式IP存储。地震资料解释系统高端图形工作站，Quodro系列显卡。3D桌面云方案。NAS存储。油藏数值模拟集群系统：FlexSystem-X240m5刀片集群，2GB/Core，两个本地硬盘。线速无阻塞InfinibandFDR。Platform作业调度系统环境领域的HPC应用2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.中尺度区域气象预报模式主要预报模式：MM5：目前国内外应用最为广泛的模式WRF：新一代中尺度模式，被广泛的应用Grapes：国家气象局开发的模式，区域模式和全球模式同一，预报与短期气候预测模式通用AREMS模式：中尺度暴雨数值预报模式系统海洋预报模式主要预报模式：MITgcm模式：麻省理工学院开发的全球环流模式POP模式：美国洛斯阿莫斯实验室开发的海洋数值预报模式MOM4模式：NOAA地球流体实验室（GFDL）发展的模块化海洋数值模式CCSM3模式：美国发展的第三代耦合气候模式，采用MPMD的并行方式，通过耦合器相互交换数据环境模式主要预报模式：MODELS-3/CMAQ：由美国环保局EPA和海洋大气局NOAA共同开发，第三代空气质量模式系统，该模式的主要模块包括：MM5,MCIP,SMOKE和CMAQ环境领域应用的计算资源需求2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.一、计算量大中尺度气象预报模式的计算量惊人，另外，气象预报的精度要求越来越高，提高了模式的计算量，必须利用并行计算。二、通讯密集一般都采用有限差分格点模式并行计算，所以运行中尺度气象预报模式时，CPU间的通讯量非常大，对网络通讯的性能要求很高。三、对系统IO性能要求很高海洋模式如POP、MITgcm、MOM4以及海陆耦合模式对整个系统的IO性能要求很高，一般要求有分布式IO或者并行文件系统，否则一般很难有好的加速比四、实时性强、运行气象预报本身的特点决定了其要求很强的实时性。同时，预报系统要求定时定点自动运行，无需人工干预。联想在环境领域的HPC系统解决方案2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.环境领域HPC解决方案要点：集群系统：FlexSystem-X240m5，NeXtscale-nx360m5Infiniband网络并行文件系统+SAN存储Platform作业调度系统生命科学的HPC应用2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.生物分子的结构测定对实验仪器进行生物分子测量得到的大量原始数据作后处理，主要是测序仪，质谱仪，电子显微镜等。生物信息学类计算对蛋白质、核酸序列进行同源及相似性搜寻、比对、序列分析、遗传发育分析等。分子动力学类计算从原子的角度利用经典力学模拟分子的运动，研究体系动力学和热力学特性计算机辅助药物设计类计算主要做分子对接，模拟小分子配体与生物大分子受体的相互作用，预测两者间的结合模式和亲和力，从而进行药物的虚拟筛选生命科学的主要软件2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.生物领域中的高性能计算最大的特点就是种类多。生物分子的结构测定：Illumina公司的GenomeAnalys，HiSeq2000，GAPipeline等;ABI公司的Solid3，Solid4，Bioscope。电镜EMAN，SPIDER;利用Xray方法测量用软件CCP4、ARP/wARP，CNS进行解析等;质谱仪tandom(X!tandom)等。生物信息学类计算：最常用的有BLAST，FASTA，HMMER，ClustalW，DNASTAR，PHYLIP，PAML，PAUP，T-Coffee，EMBOSS等。分子动力学类计算：主要软件有AMBER，Charmm，NAMD，Gromacs等，这类应用非常适合大规模并行。计算机辅助药物设计类计算：应用软件有DOCK，AutoDock，FlexX，DiscoveryStudio，ZDOCK，RDOCK，MORDOR等。生命科学应用特点及解决方案2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.仪器后处理计算量和数据量巨大，可靠性要求高。大容量存储+并行文件系统。基因序列比对，组装；分子对接，药物筛选计算任务相对独立，进程间通信量很小，计算网线速千兆或非线速万兆即可。较大内存要求，较高的数据I/O吞吐量。集群系统：FlexSystem-X240m5，NeXtscale-nx360m5，或SMP胖节点。大容量存储+并行文件系统。分子动力学集群系统：FlexSystem-X240m5刀片集群，2GB/Core，两个本地硬盘。线速无阻塞InfinibandFDR。物理化学计算软件及特点2014LENOVOCONFIDENTIAL.Allrightsreserved.VASP软件--进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包。--支持高性能网络（InfiniBand）--扩展性非常好，可以做大规模集群解决方案：--集群系统：FlexSystem-X240m5，NeXtscale-nx360m5--Infiniband网络Gaussian软件--Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。--以共享内存并行方式运行--不支持高速网络，扩展非常差。解决方案：--SMP胖节点：X3850X6、X3950X6、X880X6--千兆或万兆以太网MaterialsStudio软件--MS是专门为材料科学领域研究者开发的模拟软件。--软件结构为C/S结构--支持高速网络，但效率提高不大，扩展性一般解决方案：--集群系统：FlexSystem-X240m5，NeXtscale-nx360m5--千兆或万兆以太网联想高性能计算优势

----产品和方案23应用环境硬件环境平台环境LSF作业调度Local,Multi-cluster&Scale-acrossSchedulingResourceMonitoring&Management网络管理集群计算节点联想LiCO智能超算平台On-demand

ProvisioningEnergy

OptimizationJobPlacementandExecution并行存储系统网络高速网络（IB/OPA）/监控/管理/调度网络联想高性能计算机架构图RollingUpdatesMPIOPENMP

GPFS并行文件系统Nodeconfig&mgtVM/Bare-metaldeploymentTopologyawarenessStoragemgt编译环境C,C++,OpenMPFortran(77,95),OpenMPMPIIntelMathLibraries门户系统VNC各类商业和开源应用集群胖节点集群加速节点分布式存储系统Lustre并行文件系统权威评鉴的可靠性SystemxITICGlobalServerHardware,ReliablityReport-2015-2016#1x86可靠性评价

1从图表中可见，联想的Systemx服务器一年的非计划停机时间小于4小时，故障率为1%，Systemx可靠性是友商的2-10倍TypeRanksPerDIMMandDataWidthDIMM的容量（GB）在这种配置下，内存实际运行的速度（MT/s）1SlotPerChannel2SlotPerChannel3SlotPerChannel1DPC1DPC2DPC1DPC2DPC3DPC4GB8GB1.2V1.2V1.2V1.2V1.2V1.2VRDIMMSRX48GB16GB240024002133240021331866RDIMMSRX44GB8GB240024002133240021331866RDIMMDRX48GB16GB240024002133240021331866RDIMMDRX416GB32GB240024002133240021331866LRDIMMQRX432GB64GB240024002400240024001866高于工业标准的TruDDR4SystemxM5TruDDR4技术高于行业标准的带宽工艺独有指标（POR+1）仅选用Tier1的原材料供应商识别内存条是否经过认证，保护客户利益内存防干扰设计内存效率最高提高15%SPEC测试-------CFP2006Rates（E52690V4）DDR/FDRIB网络最强Linpack效率92%（400节点）南京大学HS22+Infiniband效率：92%2016/4/15日完成了高校第一的北京大学高性能计算中心的验收624个计算节点，447.6万亿次4PB容量，70GB/s带宽56Gb/sIB网络Linpack效率81%创IntelE5-2600V3记录北京大学联想高性能计算优势

----团队LenovoDCGPRCHPCFocusCopyright2017LenovoGroup.Allrightreserved. LenovoPRCconfidential.Theinformationcontainedhereinissubjecttochangewithoutnotice.YuYong,HPCSolutionArchitect。WangRongting,HPCSolutionEngineerQinXu,HPC&DatacenterSolutionPM.SheHongtaoPRCsolutionPM&Deliveryteam1.HPCPRCuniqueoptionsProductsmanagement2.HPCPOC,POT

testingandenvironment3.

PRCGeoMarketingevent/enablementsupportingZhangChaofeng,LiCOdeveloperLeader。LiCODevelopmentDavidDing,LiCOPM.ZhangHaifeiLiCODevelopmentteam1.EICrunsaHPC/BigData/AIPOC/POTenvironment2.Hongtao’steamownPRCsolutionproductsmanagement3.LiCOmakesuptheLenovoHPCsolution’sblank专门为HPC的服务团队YiDongfang

TBHHPC&BladeSpecialist

Cover12KeyaccountKeXingHPCSolutionSpecialistLenovoCCBHPCPMandHPC&BladeSpecialistTeamCopyright2017LenovoGroup.Allrightreserved. LenovoPRCconfidential.Theinformationcontainedhereinissubjecttochangewithoutnotice.MaxMaHPCPMTBHHPC&BladeSpecialistDriving100+OS/IStoSellHPC&BladeNorthWilliamLiCCBHPCLeaderTBHHPC&BladeSpecialistDriving100+OS/IStoSellHPC&BladeSouthTBHHPC&BladeSpecialistDriving100+OS/IStoSellHPC&BladeWestTBHHPC&BladeSpecialistDriving100+OS/IStoSellHPC&BladeEastHPCWWProductsTeamScottTease,WWHPCDirector;DannyLaneWWHPCProductsDirectorBlade/HPCspecialistisverykeytodriveOS/IS/TSStopushHPCcaserefinedmanagementHPCbusinesscanimproveHPCCaseGP400+OS/ISsales,Eachonewinone100KHPCcase,eachcasewith10KGP,thetotalRevis40MandGPis4M.LenovoHPCCoC售前Copyright2017LenovoGroup.Allrightreserved. LenovoPRCconfidential.Theinformationcontainedhereinissubjecttochangewithoutnotice.WuKaiArchitect,POCapplicationtuningXuZhengPOCapplicationtuning,BenchmarkDr.HanFeiAI,培训，代理商，内部资料ZhangMoqiongEnergyEducationCASLifeScienceNorth售前HPCCoCChenQiwangEducationEDASouth&EastZhouZhiqiangCWO&EEducationWestHaochangjieCAEHPCCoCHPCWWArchitectsupportingteamZaphirisChristidis,CWO&Eexpert;LuigiBrochard,WCTexperts;PadmabhushanaDesamAIandCAE;etc.1.HPCarchitectteamisveryexperinced,sometimetheyareGP2.HPCarchitectisaindustryexpert3.Oneofthearchitectteam’smentionTSSteamtosellaearnmoneyHPCsolution联想HPC案例介绍

HPC(制造科研)行业客户2015和2017

航天三院1200节点集群（2010年）航天11院348节点航发601，30万亿次航发608，30万亿次航发624，40万亿次中船703，70万亿次中船715，200万亿次（前两期）兵器70所，70万亿次国防科大，480节点中科院数学所408节点千万亿次南京大学900节点集群北京大学工学院，668节点北京大学，200节点水冷厦门大学，128节点南方科大，128节点南信工，128节点中芯国际，数百节点瑞生声学数百节点长城汽车64节点航天三院航天规模最大

北方发动机–兵器规模第一南京大学高性能计算平台系统架构–教育行业最大2015LENOVOINTERNAL.ALLRIGHTSRESERVED.总体计算能力:844.8TFlpos北京大学系统架构图

普通节点GPU/KNL节点4路/8路胖节点12路节点，GPU节点KNL节点IO服务器IO服务器2xGSS24高速并行存储，集中式高速存储，OPA接口1个4路胖节点2个8路胖节点管理登录节点全线速OPA交换网络管理网络10GbE1GbE北京大学机柜图1

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

4*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

1GSwitchG8052

EMC

EMC

LenovoG8124E

GSS24

UPS

列头2

1GSwitchG8052

3

KNLnodex8

4

5

X3950x1

GSS24

6

7

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

X3650M5GPUnode

8

9

X3650M5GPUnode

IOnode3650M5

10

11

X3650M5GPUnode

IOnode3650M5

12

13

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

X3650M5GPUnode

X3950x1

GSS24

14

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X3650M5GPUnode

16

17

X3650M5GPUnode

GSS24

18

19

1GSwitchG8052

1GSwitchG8052

1GSwitchG8052

X3650M5GPUnode

20

1GSwitchG8052

1GSwitchG8052

21

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

X3650M5GPUnode

X3850x1

22

23

X3650M5GPUnode

GSS24

24

25

X3650M5GPUnode

26

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NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

Managementnode

3650M5x2

GSS24

28

29

30

31

IOnode3650M5

32

33

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

NeXtScaleWCT

12*CPUnode

IOnode3650