解決方案

以客戶為(wèi)中(zhōng)心,提供定制化或一站式的全棧解決方案,賦能(néng)千行百業

寶德(dé)高性能(néng)計算之氣象、海洋和環境模式解決方案
項目背景

近年來,由于地球環境的不斷惡化,極端天氣頻發,海洋環境遭到嚴重污染,自然氣象災害的增多(duō),對氣象預報、海洋領域業務(wù)提出更高、更旺盛的需求。天氣氣候預報的數值預測模式日益成熟,關于海洋環境領域的研究也越來越受到重視,高性能(néng)計算機處理(lǐ)能(néng)力也越來越高,将高性能(néng)計算機應用(yòng)于氣候、海洋、環境領域模式可(kě)以實現對其模式的最佳提升,目前,高性能(néng)計算機早已成為(wèi)開展氣候、海洋環境等數值模拟業務(wù)和科(kē)學(xué)研究所必須的基礎工(gōng)具(jù)。寶德(dé)為(wèi)氣象、海洋領域提供硬件服務(wù)全方位的解決方案。

方案介紹

針對氣象、海洋領域模式的主要特點 :浮點計算量大、通信密集、要求系統具(jù)有(yǒu)高穩定性和高I O吞吐能(néng)力。寶德(dé)高性能(néng)計算機系統區(qū)别于傳統的集群高性能(néng)計算機,在如上幾個方面進行了強化設計。  寶德(dé)PR6010P刀(dāo)片服務(wù)器和PR2750P機架服務(wù)器采用(yòng)Intel C624高性能(néng)芯片組處理(lǐ)器架構,處理(lǐ)能(néng)力 高達1.2Tf lops,具(jù)有(yǒu)強大的計算能(néng)力。 網絡系統方面采用(yòng)單向56Gb s高速FDR Infiniband作(zuò)為(wèi)通信網絡以解決中(zhōng)大規模系統中(zhōng)的網絡壓力問題, Infiniband網絡是當今業界最成熟的通用(yòng)高速網絡,在目前TOP500的大型集群系統中(zhōng)占據着絕對主流。為(wèi)保證應用(yòng)的數據訪問的性能(néng)和安(ān)全,在存儲硬件方面,寶德(dé)提供企業級FC-SAN存儲系統,專業的企業級磁 盤、功能(néng)強大的存儲管理(lǐ)軟件以及模塊化結構為(wèi)用(yòng)戶快速、簡便和動态響應不斷變化的容量和性能(néng)要求提供 了前所未有(yǒu)的靈活性。

方案解析

計算量大:中(zhōng)尺度氣象預報模式(MM5、WRF、GRAPES和AREMS),物(wù)理(lǐ)海洋模式如ROMs、Fvcom等都有(yǒu)非常大的計算量,預報精(jīng)度提高一倍,其所需計算量将成幾何級上漲。目前上文(wén)提到的絕大部分(fēn)預報模式都已經完成了并行化 ,如中(zhōng)尺 度 預報 模 式 的MM5、WRF既支持MPI消 息傳 遞 并行 ,又(yòu)支持OpenMP共享存儲并行 ,也支持MPI+OpenMP的混合運行模式。海洋模式中(zhōng)的FVCOM、ROMS、POM、HYCOM等等,環境模式中(zhōng)的CMAQ、CCSM3、 CAM等等均支持高性能(néng)計算,并具(jù)有(yǒu)良好的可(kě)擴展性。

通訊密集:由于這些模式都是并行軟件,同時一般都采用(yòng)有(yǒu)限差分(fēn)格點模式并行計算,所以運行這些預報模式時,各個 CPU之間的通訊量很(hěn)大,模式對通訊的性能(néng)要求非常高。如氣象中(zhōng)尺度預報模式MM5、WRF的通訊既包括母域 和嵌套域之間的域間通訊,又(yòu)有(yǒu)各個域内部不同數據劃分(fēn)之間的通訊。所以這就要求高性能(néng)計算機有(yǒu)高性能(néng) 的通訊網絡。

對系統IO性能(néng)要求高:海洋模式如物(wù)理(lǐ)海洋和海洋地質(zhì)領域的程序大都對整個系統的IO性能(néng)有(yǒu)較高要求,一般要求有(yǒu)分(fēn)布式IO或者 并行文(wén)件系統,否則可(kě)能(néng)很(hěn)難有(yǒu)太好的加速比。

規範的模式系統化集成:氣象、海洋、環境領域模式從軟件的處理(lǐ)流程上看,一般分(fēn)為(wèi)前處理(lǐ)、主模式和後處理(lǐ)三個過程。前處理(lǐ)包 括資料的傳輸下載、數據同化等等,後處理(lǐ)主要是指圖形化處理(lǐ)生成産(chǎn)品等,前/後處理(lǐ)一般對計算機要求不是太高。主模式是整個系統的主要部分(fēn),也是主要計算量所在,這個部分(fēn)是對計算機性能(néng)要求較高,整個模式系統從前處理(lǐ)到主模式然後到後處理(lǐ)這樣的流程運行下來也需要系統具(jù)有(yǒu)較高的穩健性,所以優秀的模 式軟件應用(yòng)專家支持及硬件級的系統技(jì )術支持均對模式的良好使用(yòng)也是關鍵。  對于構建一個針對氣象、海洋的高性能(néng)計算系統,在選擇基礎硬件環境時,以下四點是非常重要的。

1、高性能(néng),特别是浮點處理(lǐ)性能(néng)

2、高性能(néng)網絡環境

3、高性能(néng)的分(fēn)布IO或者并行文(wén)件系統

4、系統的高穩健性

方案優勢
  • 高适用(yòng)

    該方案采用(yòng)寶德(dé)可(kě)擴展系列高性能(néng)計算機系統,寶德(dé)PR2750P是寶德(dé)公(gōng)司在2018年推出 的跨時代的高性能(néng)計算機産(chǎn)品,它不僅在衆多(duō)方面超越了傳統的集群式高性能(néng)計算機,具(jù)有(yǒu)高穩定 、高可(kě)用(yòng)、高擴展、高密度、高性能(néng)的特點,适用(yòng)于各類氣象、海洋部門。

  • 高性能(néng)

    整個系統浮點計算理(lǐ)論峰值可(kě)以達到7.6萬億次以上 ;計算模塊間采用(yòng)56Gbps 高速Infiniband互聯,端到端延遲小(xiǎo)于1.2us,優于市場上的所有(yǒu)的商(shāng)品化高速互聯網絡。

  • 高穩定

    所有(yǒu)關鍵部件上,如電(diàn)源、硬盤以及網絡等都做到了冗餘設計,是保證程序模式高穩定性運行的保證