曙光4000A

曙光4000A

曙光4000A,是一套由中國曙光信息產業有限公司研製的超級電腦系統。該系統使用了共2560顆AMD Opteron 850 2.2GHz微處理器,浮點運算速度達每秒8061GFlops(峰值11264GFlops)。該系統於2004年6月投入服務,當時是全世界所有超級電腦中,排名第10,現時已跌出TOP500排名榜(2007年11月全球排名251)。

性能參數

曙光4000A曙光4000A

系統峰值10.2Tflops
計算結點512個4路AMDOpteron處理器
存儲結點16個4路AMDOpteron處理器
接入結點4個4路AMDOpteron處理器
CPUAMDOPTERON850,2.4GHz,總共2128個CPU
系統記憶體總容量4256GB
磁碟總容量20TB
體系架構Cluster、Myrinet2000
作業系統TurboLinux8.0
功耗1000K380K
占地75m2

研製歷史

曙光4000A”超級計算機是國家科技部“十五”“863”計畫的重大成果,由中科院計算所、曙光公司、上海超級計算中心三方共同研發製造,於2001年啟動預研。

2003年,中科院計算所決定研製十萬億次計算速度的計算機,這意味著需要攻克多項尖端的核心技術。2004年6月最終研製成功。2004年11月15日,曙光4000A在上海超級計算中心正式啟動。

“曙光4000A”的主機板和大量系統軟體均為計算所和曙光公司自主研發,其研究成果實現了多項全球第一,並申請了38項專利,其中包括31項發明專利,這是中國計算技術領域的一大創舉。“曙光4000A”已成功運行了天氣預報、石油地震資料處理、核能開發利用、計算流體力學、基因與蛋白分析和材料科學等領域的30多項套用,表現出強大的科學計算、事務處理和信息服務能力。

建成後的“曙光4000A”將落戶上海超級計算中心,承擔包括國家格線、上海基礎科研平台和華東地區信息服務三方面的重任,為華東地區各行業提供海量信息處理、信息開發服務和科學研究高性能計算服務。

技術套用

曙光4000A採用了2000多顆64位AMDOPTERON處理器,浮點運算達到了10萬億次/秒,這套機群實際占用空間為75平米。
“工業標準機群”(IndustryStandardCluster)的技術增值
工業標準機群採用工業化量產的部件構造高性能計算機,使高性能計算機的門檻大大降低,得以降低成本和廣泛使用,我們對其中最重要的核心技術進行研究,掌握自主智慧財產權。
1)具有自主智慧財產權的5Gbps高速互連網路和通信協定:高速互連網路和通信協定是機群系統的最核心部分,是必需掌握的技術。
2)支持可擴展和海量數據處理的機群檔案系統:可擴展檔案系統是機群系統中的難度最大的系統軟體,沒有完善的商品化軟體。
3)機群體系結構的高性能計算機具有固有的好處,和缺點,通過MCC體系結構的研究和技術開發,提高系統的可擴展性,管理能力,和系統生產率。
“大規模機群計算”(MassivelyClusterComputing)的關鍵技術

3.群作業系統核心:在機群系統中尚是空白,對在機群系統上開發各種系統軟體,和商業套用具有重要作用。
4)具有自主智慧財產權的高密度主機板和2U4路機架伺服器:能在50平米內聚集10萬億次計算能力,和250千瓦的散熱量,提高了機群系統的可擴展性。
5)大規模機群的集成式管理網路:集成了主機板管理、硬體監控、KVM切換、系統電源控制等大規模機群的管理功能,提高了系統的可管理性,管理員不需走進主機。
6)支持多種計算模式的作業系統動態部署和輕核心技術:通過多種技術支持32/64位計算,Cluster/MPP計算,互動式/協同計算,伺服器聚集計算,Wintel模式,使系統服務用戶多種需求的能力大為提高。
7)提高系統生產率的多調度策略作業管理、智慧型檔案瀏覽器和自治管理器技術:通過海量檔案管理、多種作業調度策略、系統自動修復等技術提高系統為用戶服務的產出能力。
8)支持多種計算模式的作業系統動態部署和輕核心技術:通過多種技術支持32/64位計算,Cluster/MPP計算,互動式/協同計算,伺服器聚集計算,Wintel模式,使系統服務用戶多種需求的能力大為提高。
9)提高系統生產率的多調度策略作業管理、智慧型檔案瀏覽器和自治管理器技術:通過海量檔案管理、多種作業調度策略、系統自動修復等技術提高系統為用戶服務的產出能力。
10)提供高性能計算機的格線零件(Grid-enablingComponents):包括格線路由器,格線鑰匙,格線網關,格線監控中心,格線檔案訪問,織女星格線作業系統。

系統規劃

曙光4000採用格線技術,體系結構以構件性(Component)、標準性(Standard)、協作性(Coordinate)為基準,採用服務化(Service)、安全化(Security)、專業化(Specialization)、智慧型化(Intellengce)的3SI技術路線。項目研究的目標包括:曙光4000L Linux超級伺服器、曙光4000A高性能超級計算機、10Tflops曙光4000面向格線的高性能計算機、曙光4000H生物信息處理高密度專用機群系統、曙光4000T具有自主智慧財產權的伺服器。
面向格線的“曙光4000”高性能計算機的項目思路包括:數據密集技術(Data-intensive)、支持格線(Grid-enabling)、多目標系統(Multiple-system)、套用專用技術(Application-specific)四個方面。
(1)面向數據密集型國家戰略套用目標
曙光4000的科研目標定為體現國家戰略目標的“數據密集型”套用,如Internet內容處理為代表的信息安全,數據密集以Internet數據獲取與分析為特點;雷達圖像處理為代表的國防安全,數據密集以I/O吞吐量密集、數據計算密集為特點;生物信息處理、石油物探為代表的資源安全,數據密集以TB量級大規模數據存儲、處理、傳輸為特點。
(2)強調格線技術和產業共性技術
研究支持格線(Grid-enabling)的技術,使高性能計算機能有效地支持套用格線。在高性能計算機的面向格線上,將科研內容定為五個方面:基於服務(Service-based)的機群作業系統,格線通信協定,格線檔案系統,用於格線套用資源路由的智慧型網卡,支持格線的高性能計算機體系結構。分別體現格線在管理、廣域通信、廣域檔案、資源發現、體系結構上的要求。
研究集中在十個產業共性技術上,他們是Grid-enabling技術,高性能通信,高性能I/O和存儲,可擴展自治管理和可信性評價技術,機群專用處理技術,交換機和特色網卡,數字視頻服務技術,機群商業計算中間件,面向客戶的性能測試技術,高性能計算套用和算法。其中,我們大大加強了前沿探索性研究的比例。
(3)面向套用目標的多個系統

曙光4000系統將規劃成三種,分別是“曙光4000L”、“曙光4000A”,“曙光4000H”。曙光4000L代表IA架構,Liunx,曙光4000A代表64位和高性能(Advanced),曙光4000H代表密集型刀片式機群和專用套用(High-density),它們的體系結構,許多關鍵技術,機群作業系統等都是相同的,但它們在廉價、高性能、高密集度等方面各具特色,滿足多套用目標下的複雜需求。
其中,曙光在2003年初完成了曙光4000L(落戶中石油、信息產業部、河南電子政務等地,獲中國十大科技進展),在2004年6月完成曙光4000A,預計在2005年初將完成曙光4000H。

(4)面向行業套用,研究套用專用技術
曙光的科研戰術是滿足多套用目標,強調套用專用技術,採用“通用系統+專用套用”的思想。我們研製的系統要能與國際品牌殊死競爭,打破市場平衡,進入以科研、石油、製造、軍隊、企業MIS為代表的行業,為大企業服務。
曙光、國家智慧型計算機研究開發中心正在和繼續與套用單位合作,研究套用專用技術,包括與華大基因在生物信息處理方面的合作,在人類基因組、水稻基因組測序上得到很好的套用效果,將繼續在大規模生物信息專用處理技術上進行合作;我們與中科院地質與地球物理所在大慶油田大慶勘探研究院“油儲”重大項目,在中海油的勘探研究院的“渤海油田”重大項目上進行合作,將在套用軟體開發、算法設計、並行程式設計、系統相關的最佳化和特定庫、系統定製方面合作研究;我們與信息產業部、哈工大在Internet內容處理方面合作研究,在系統硬體設計、TCP/IP處理軟體、套用軟體的一體化最佳化方面開展研究;我們將與總參二部技術局在星載SAR的衛星圖像處理,與中科院大氣所在減災防災、環境監測套用等方面展開合作研究。

套用性能

曙光4000A已成功運行證券指數計算、電力安全評估、建築工程抗震性評估、天氣預報、石油地震資料處理、核能開發利用、汽車碰撞、電磁輻射、計算流體力學、基因匹配與拼接、蛋白質結構分析和材料科學等領域的20多項套用。上海超級計算中心在曙光4000A上運行了6個重要的商用套用軟體,獲得了很好的套用性能,能大大提高上海地區的汽車、飛機、船舶等製造行業的設計能力。

曙光4000A可以在20秒鐘內是實時完成10000個5000萬瓦以上的併網發電機組,和22萬伏變電站構成的全國電網的電力安全評估,為避免類似美加大停電的電力故障提供決策支持,保證供電系統的穩定。

曙光4000A可以在10分鐘內完成上海證交所10年的1000多支股票交易信息的200種證券指數的計算,能夠實時提供金融衍生產品。

曙光4000A可以在1小時內,可以同時完成4次36小時的中國周邊、北方大部、北京周邊、北京市的2008年奧運會需要的氣象預報計算,包括風向、風速、溫度、濕度等,精度1公里,即精確到每個奧運會場館。

曙光4000A可以在2小時內,可以同時完成20次上海黃埔江過江隧道三維結構的地震數值分析的計算,能夠精細評估隧道的抗震性能。

TOP500 

曙光4000A超級伺服器在2004年6月22日公布的全球高性能計算機TOP500排行榜中,以每秒80610億次Linpack計算值位列全球第十,在基於AMD晶片的超級計算機中,Linpack效率也達到了全球第一。

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