超级计算中心的建设和运营模式

超级计算中心的建立和运营方式曙光信息产业(北京)2021年10月报告人：聂华建立超算中心成为国家/地域战略义务超算中心规划和建立方式云计算中心的运营效力方式讨论机遇与挑战主题1/20/202421/20/20243“战略计算〞一词初次出如今1995年美国为了确保核库存的性能、平安性、可靠性而实施的“加速战略计算创新〔ASCI〕方案〞。ASCI共投资10亿美圆，主要参与者有Sandia、LosAlamos、Lawrence三个国家实验室和Stanford、Chicago等五所大学，在工业界选择了IBM、Intel、SGI和Cray四个协作同伴。ASCI方案为DOE提供了5台10-100TFlops的超级计算机，其中包括我们熟习的IntelASCIRed、IBMASCPurple等。20年来，美国最大的超级计算机全部部署于DOE的国家实验室。“超级计算〞是美国的“国家战略〞超级计算保证科技和技术领先活泼的经济发明超级计算需求超算中心是计算才干主要载体过去18个月美国利用超级计算机获得的主要科技突破：解密蛋白质外表构造的特殊作用，为新药研制提供用力的协助了解火焰中气体/热能/化学反响熄灭三者关系，促进清洁能源研讨高温超导资料获得一系列实际突破……上述成果将对生物、制药、新能源、新资料等工业领域产生深远影响，是美国未来竞争力的主要保证“计算科学利用先进计算才干去了解和处理复杂问题，是确保科学指点位置、经济竞争力和国家平安的关键。〞——<美国总统信息咨询委员会>报告中国的“两弹一星〞、“载人航天〞、科技提高、经济腾飞也都离不开“超级计算机〞的支撑。兴隆国家垄断超级计算机资源超级计算是国家/地域中心竞争力的重要标志1/20/20245主要国家均有由政府投资兴建营运超级计算中心保证计算资源先进性保证计算资源运用的合理性保证技术效力的专业性韩国超算中心30万亿次芬兰超算中心86万亿次美国圣地亚哥超算中心42万亿次美国国家超算运用中心164万亿次西班牙巴塞罗那超算中心94万亿次美国德州超算中心580万亿次德国尤利希研讨中心1000万亿次美国新墨西哥超算中心170万亿次中科院超级计算中心140万亿次上海超级计算中心200万亿次日本东京工业大学GSIC170万亿次国内外超算中心的建立和开展1/20/20246“超级计算机〞的“中国力量〞：曙光、银河、神威1983年，国防科大研制胜利每秒1亿次“银河〞巨型机。1992年，国防科大研制胜利每秒10亿次“银河II〞巨型机。1995年，中科院计算所研制胜利每秒25亿次MPP计算机-曙光1000。1997年，国防科大研制胜利“银河III〞百亿次巨型机。1999年，国家并行机工程中心研制胜利每秒3840亿次的“神威I〞。2004年，每秒10万亿次“曙光4000A〞超级计算机研制胜利，列Top500第10位，标志中国继美、日后，进入世界超算领域前列。2021年，每秒230万亿次“曙光5000A〞超级计算机研制胜利，再次入围全球TOP500前10名。2021年，国防科大研制胜利每秒1.2千万亿次的“天河一号〞，遭到国人瞩目。“超级计算机〞在中国的开展1/20/20247超级计算工业创新科学研讨商业金融社会与公众效力国家和社会平安超级计算日益成为现代社会运转的基柱1/20/20248超级计算工业创新科学研讨商业金融社会与公众效力国家和社会平安广泛运用于汽车、飞机、船舶、钢铁、石油、新能源、集成电路等众多领域。添加资料产品率25%降低工程技术本钱13%~30%降低人工本钱5%~20%添加设备利用率30%~60%缩短产品研发周期30%~60%——美国国家科学院工程技术委员会报告工业创新超级计算日益成为现代社会运转的基柱1/20/20249超级计算工业创新科学研讨商业金融社会与公众效力国家和社会平安物理，化学，天文，新资料，生物医药等众多领域的主要研讨途径之一；宇宙行星、微观粒子、高温高压等难以实验领域进展创新研讨的独一途径。科学研讨超级计算日益成为现代社会运转的基柱1/20/202410超级计算工业创新科学研讨商业金融国家和社会平安社会与公众效力买卖实时处置，金融模拟分析，商业数据发掘，物流与消费排程规划等。在兴隆国家，金融是超级计算最重要的运用领域之一；美国有超越10%的超级计算机部署在各大金融机构。商业金融超级计算日益成为现代社会运转的基柱1/20/202411超级计算工业创新科学研讨商业金融社会与公众效力国家和社会平安天气预告、传染病分散、大型集会平安分析、社会动力学、宏观经济学等。基于数学模型运用超级计算机进展数值模拟是上述领域从定性到定量，获得更可信结果的独一手段。社会与公众效力超级计算日益成为现代社会运转的基柱1/20/202412超级计算工业创新科学研讨商业金融社会学国家和社会平安先进武器设计与测试，核物理模拟，密码情报分析，信号与图像处置等。国家平安和社会稳定的重要保证。国家与社会平安超级计算日益成为现代社会运转的基柱1/20/202413物理化学生物医药汽车船舶飞机新型能源金融海洋工程新型材料计算模拟与传统的实际分析和察看实验是当今进展科研创新的三大支柱计算，发明未来1/20/202414超算中心的建立，由于技术含量高、功能强，可以承载高端的科技运用，聚集高程度的人才，必将提升超算中心所在城市地方科技实力。超级计算中心建立普通规模较大，运用可以辐射周边区域，相邻区域反复建立难度大，所以抢占超算中心建立先机，争夺区域科技开展的引领位置、争取高端产业聚集对建立中心城市至关重要。高性能的超级计算中心建立，可以吸引聚集需求高性能计算平台的高端运用，提升区域科研程度，加强企业的中心竞争力，进而推进城市地方经济建立。超算中心所完成的关键性高端科研工程提升城市显示度和佳誉度。具有高性能的超级计算平台，可以作为吸引、引进高端人才的硬件条件，提升城市的教育、科研程度和质量。高性能的超级计算机作为IT根底设备，可以改善区域投资环境，促进城市招商引资。超算中心建立因何成为城市争夺的热点1/20/202415曙光50005个中科院超算分中心曙光5000A上海超算中心已完成2期、3期曙光6000华南(深圳)超算中心曙光5000A成都超算中心曙光4000A甘肃超算中心已完成1期、2期曙光5000北京市计算中心互联网其他：广州超算中心、沈阳超算中心等建立规划已进展立项论证曙光机在国内超算中心中全面部署建立超算中心成为国家/地域战略义务超算中心规划和建立方式云计算中心的运营效力方式讨论机遇与挑战主题1/20/2024161/20/202417第一阶段：前期调研成立筹备组本地高性能计算需求分析厂商技术方案及案例调研第二阶段：可行性研讨编写工程建议书，组织评审编写可行性研讨报告及评审第三阶段：立项编写工程建立方案及评审政府同意立项第四阶段：土建及选型设备选型及签署合同土建招招标及施工〔假设有〕第五阶段：安装调试机房根底设备预备超级计算机软硬件系统集成技术培训第六阶段：交付运转试运转正式交付超算中心的建立流程1/20/202418面向教育、科研、企业以及政府等单位提供随需应变的计算资源、存储资源和软件资源技术支持效力并行编程，程序移植高性能计算相关软件的运用高性能计算系统环境的运用〔作业管理系统、开发环境〕高级技术咨询效力和共性技术开发并行软件、公用软件、共享或商业软件的用户定制开发提供高级数学建模、算法设计效力提供虚拟产品设计中以CAE运用〔构造分析，流体分析，热分析，电磁场分析，或多场耦合分析〕为中心的工程咨询效力培训效力：系统技术，并行编程，计算方法，软件运用，网格计算等为高性能计算机硬件厂商、运用软件厂商提供演示体验中心、用户测试等外包效力为各类欲购置或自行搭建高性能计算平台的用户提供第三方技术咨询软件传播、交流和共享效力。超算中心的中心业务规划1/20/202419建立超级计算中心绝不等同于购置一台高性能计算机，还需求做多方面的系统、业务建立以确保效力质量和运用效率土建、根底设备建立、改造超级计算机系统软件、运用支持人员队伍建立效力运营机制超算中心建立的“复杂性〞商业软件资源需求举例1/20/202420序号软件名称描述1FLUENT通用计算流体力学分析软件2LS-DYNA瞬态响应动力学分析软件3PAM-CRASH瞬态响应动力学分析软件4ANSYS.Multiphysics多物理场耦合分析软件5NASTRAN通用有限元分析软件6MARC非线性有限元分析软件7FEKO高频电磁场分析软件8STAR-CD通用计算流体力学分析软件9CFX通用计算流体力学分析软件10OPTIMUS过程集成与优化设计软件11HyperWorks有限元前后处理和优化设计软件序号软件名称描述12ABAQUS非线性有限元分析软件13IDEAS有限元分析及前后处理软件14ICEM-CFDCFD前后处理软件15AI*ENVIRONMENTCAE前后处理软件16GAMBITFLUENT配套前处理软件17MasterFEM有限元前后处理软件18Medina有限元前后处理软件19Oracle数据库软件20GEFEP-P汽车碰撞并行仿真软件21CADEM-P汽车覆盖件冲压并行仿真软件1/20/202421序号软件名称描述1QCHEM量子化学计算软件2NWCHEM量子化学计算软件3GAUSSIAN量子化学计算软件4MOLPRO量子化学计算软件5GAMESS量子化学计算软件6CPMD分子动力学从头计算程序7ABINIT电子结构计算程序8VASP分子动力学模拟9SIESTA分子和固体的电子结构计算10WIEN2K固体电子结构计算11ESPRESSO分子动力学模拟序号软件名称描述12SMEAGOL分子动力学模拟13NAMD分子动力学计算程序14EGO分子动力学程序15GROMACS分子动力学通用软件包16DOCK分子对接程序17BLAST序列相似性检索程序18MM5中尺度数值模式的计算程序19GRAPES全球和区域气象分析预报系统20FDS火灾模拟程序21COSMOMC天体物理计算科学软件资源需求举例1/20/202422建立保证超算中心业务正常运转的效力和运营团队外派技术和管理人员培训学习，掌握管理与运用的相关技术。招聘高性能计算领域博、硕士研讨生到中心任务，以保证超级计算中心拥有较强的技术实力，可以进展多种业务的开展。超级计算中心财务部公共关系部人力资源部技术支持部研讨开发部科学计算部办公室工程计算部人员队伍建立举例1/20/202423政府投资建立和运营效力于〞长三角“地域制造业、高新技术企业以及教育科研等用户在气候预告、药物设计、生命科学、汽车、新资料、土木工程、物理、化学、航空、航天、船舶等十个运用领域获得了一批艰苦成果全程保证ARJ支线飞机全机外形、气动阻力、气动升力的设计支持大飞机公司完成翼型、机翼、翼身组合体、发动机吊挂等设计义务支持荣威750、550、奇瑞A3、A01D虚拟设计，A3获CNCAP五星平安大奖上海外环隧道、崇明过江隧道、过江大桥的平安评价和设计仿真对蛋白质-蛋白质相互作用准确预测，完成世界影响力的新药设计和研讨船舶水动力特性的数值模拟支线飞机空气动力学设计分析船尾组合浆区域压力发布飞行器优化设计汽车碰撞与平安性评价金属催化过程药分子设计地质构造与抗震性能评价以上海超算为例分析典型超算中心运营方式1/20/202424效力于350家机构的2500名科技任务者支持各类国家和地方科研工程3000个孕育1000篇世界一流程度学术论文保证数百个企业新产品研发和工艺革新催生数十个国家级科技奖项上海超算中心对区域科技创新的宏大作用1/20/202425超算中心需求胜利地运营，发明出效益，得到投资者认可，才干获得进一步开展的时机，以上海超算中心为例：2000年

I期建设上海市政府投资1亿元引进神威-I超级计算机主要服务少量高端科研用户市财政全额资助3000万运营经费2004年

II期建设上海市政府投资9000万元，国家投资3000万元部署国内最大的超级计算机，并配备大量工业和商业计算软件大量科研和工业创新成果，国内最有影响的计算中心和创新服务中心市财政资助70%运营经费：4500万元当前

III期建设上海市政府投资2亿元，国家投资1亿元引进亚洲第一超级计算机，升级应用软件，资源优势明显探索可持续发展道路，为上海及全国的科研和经济发展发挥更大作用市财政资助60%运营经费：9000万元超算中心的分期建立原那么1/20/202426传统的超算中心主要作为公合计算平台，旨在提升区域科研才干和企业中心竞争力，通常需求财政补贴以维持正常运营。超算中心的收入来源计算资源按需效力高级技术咨询效力企业资助超算中心的主要支出IT设备电力耗费人员工资等本钱物业管理及其他费用超算中心的运营本钱1/20/202427全面采用“绿色计算〞方案采用高效能效力器系统采用刀片式效力器采用虚拟化技术采用电源管理技术采用水冷散热技术实践效果电费得到了有效控制管理运营人员没有扩编面临的主要问题和难题根底设备的分期改造带来的混乱效力器淘汰更新过快依然“吓人〞的电费账单依然依赖政府的财政拨款曙光5000A—高度关注运营本钱探求适宜超算中心运用的新技术和新平台已投入大规模运转的GPGPU机群安装于中科院过程控制研讨所业界首款全兼容SSI规范的TC36002021年旧金山IDF大会上正式发布PHPC推进HPC的普及基于龙芯CPU的主板设计PowerConf节能软件1/20/202429政府划拨2000年一期3.5年3000万元2004年二期3年4500万元2021年三期3年9000万元近几年情况2005年2006年2007年2008年2009年2010年总运营费用180020002200270050005000财政拨款150015001500030003000自筹经费300500700270020002000上海超算中心运维资金情况1/20/202430超级计算中心建成时间人员规模设备更新费用来源日常运营费用及来源（美元/每年）美国圣地亚哥超级计算中心1985400联邦机构6000万其中2000万来自NSF；其余主要来自联邦机构、州政府的各个研究项目美国国家超级计算应用中心1986500联邦机构超过2000万美元主要来自NSF，部分来自于州政府（700万）、大学及其他联邦机构芬兰科学计算中心1970140中央政府机构5000万其中65%来自教育部，20%来自合作项目，15%来自其他方面瑞士国家超级计算中心199140联邦机构900万其中850万来自联邦机构；仅有50万来自第三方韩国KISTI超级计算中心1988—中央政府机构3000万其中1000万来自韩国政府直接拨款；1000万来自与政府部门、高校的研究项目；另外1000万来自其他项目国际上超级计算中心维资金情况1/20/202431根底设备一次规划，防止分期改造广泛调研，全面设计，一次投入〔总计投入超越7亿〕设备分批入场，快速投入运营一期设备快速入场，在2021年直接效力于深交会二期、三期设备按业务需求规模入场，追求综合效益最大化先科学计算，再城市信息效力以现有的科学计算为先导，快速提供效力，快速出成果数字城市、电子政务是华南超算中心未来的主要方向注重公共根底设备效力属性，以政府支持为主强调超算平台对地方科技的强大支撑作用重点发扬超算平台的公益效应华南(深圳)超算中心的建立方式建立超算中心成为国家/地域战略义务超算中心规划和建立方式云计算中心的运营效力方式讨论机遇与挑战主题1/20/2024321/20/202433支持方观念：超算中心建立是一种先进的方式优化、集中IT软硬件资源，本身就是一种节约行为反对方观念：超算中心运营是政府的财政负担经济缺乏够兴隆地域，继续的财政拨款需求确实让政府头疼究竟谁错了？假设没有超算中心，政府每年分散的IT投资浪费触目惊心虽然有了超算中心，大多数政府并没有改动原有的IT投资方式原有的投资没有减少，又有了新的需求，自然就产生财政负担！问题处理途径：集中投资后，分散投资必需得到有效控制按现有的政府财政恳求和拨款方式，很难有效操作从超算中心的自我运营方式寻觅突破点新方式的讨论：分散的IT投资，改由政府一致向超算中心采购效力超算中心运营方式引发的矛盾1/20/202434成立事业单位编制超算中心运营团队担任后期运营，主要资金来源为财政拨款，对外效力收入作为有益补充。政府及共建单位成立股份制合资公司进展企业化运营，并由政府提供根底运营费用补贴。政府设定根本运营目的外包第三方企业运营并提供税收减免等优惠政策，企业自傲盈亏。在保证运营目的的前提条件下，企业可以利用超算中心进展相关的商业运作，以补充运营费用、提升运营程度。进一步的大胆想象：厂商投资建立超算中心并担任运营，政府定期、定量采购超算中心软硬件效力，以补贴厂商建立投资和超算中心运营费用。新型超算中心的运营方式探求1/20/202435全新建立运营方式：曙光投资建立超算中心并担任运营，政府定期、定量采购超算中心软硬件效力，以补偿建立投资和运营本钱。用户收益政府消除了对未来不确定性的担忧。超算中心面向政府信息化运用，将大大提高政府信息系统的集中度，可节约大量经费。政府获得了招商引资的效果。超算中心亦成为城市的科技名片，有较强显示度。成都超算中心的大胆尝试将日常IT投入转化为效力采购1/20/202436利益模型分析超算中心厂商政府效力提供定期定量的效力采购承诺分期报答再投资效力提升优质的呈现达成战略协作协议将日常IT投入转化为效力采购分期报答1/20/202437基于硬件的租赁效力基于人力的技术效力

基于平台的

效力?网络和平安技术

HPC系统运维技术

HPC运用运维技术网格计算技术

并行编程技术

数据处置及可视化

HPC系统技术

运用领域技术基于平台的效力呈现？云计算方式！对成都超算中心建立方式的解读1/20/202438政府主导的新型超算中心建立将进入快速开展阶段超算中心是政府根底设备建立的一部分“公共效力〞是未来超算中心的根本属性超算中心运用方式将不断拓展科研类：面向教育和科研领域用户的科学计算运用企业类：提供计算、存储和软件资源，对企业用户提供效力，按需付费政务类：IT投资集中化，建立成政务信息共享、交换中心金融类：面向金融、证券等行业的海量数据发掘灾备类：面向政府或大型企业提供数据和运用的灾难备份与恢复效力。电子商务类：线上买卖平台与商务智能数据处置类：海量互联网数据的处置和分析。超算中心的开展要求超算中心的兴起是IT产业的开展趋势IT资源由分布趋于集中，大型超算中心〔乃至未来的云计算中心〕的建立将进入快速开展时期资源整合提高运用效率并易于管理和更低的TCO保证最正确的运用程度和效力支持IT资源将以“按需效力On-Demand-Service〞方式展现给用户以超算中心为平台支撑的“云计算中心〞的呈现软件即效力Softwareasaservice根底架构即效力InfrastructureasaService平台即效力Platformasaservice云计算中心超算中心1/20/202439利用企业、品牌优势进展广泛结合协作，关注云计算技术趋势VMware战略协作关系，开展云计算虚拟化技术领域探求Microsoft战略协作关系，在云计算系统平台技术领域探求INTEL、AMD战略协作关系，在云计算硬件芯片级支持技术方面探求EMC战略协作关系，在云计算数据效力领域探求NOVELL战略协作关系，共同投资建立云计算展现平台SGI战略协作关系，提供大型主机、数据中心与计算处理方案级体验曙光运用体验中心对用户提供免费的云计算体验效力曙光具有云计算平台、云计算技术科研开发力量曙光具有提供多样化云计算硬件平台的优势曙光具有强大的云计算运用支持领域工程师队伍曙光具有提供云计算效力方式的根底曙光具有国内最胜利