| 高效能運算HPC

高效能運算叢集系統–HPC Cluster
高效能運算(HPC: High Performance Computing),泛指透過應用程式平行化機制,而能在有限或較短的時間內可以完成複雜或大量運算工作以大幅提高應用程式的處理能力。通常應用於一般電腦主機所無法處理的大型計算。例如醫學影像計算或是生物的基因分析比對、電腦動畫、能源探勘、氣候模擬、天文科學、太空與各種物理與化學計算。

一般而言,常見的高效能運算系統可分為幾大類:

  1. 對稱式多處理器電腦(SMP: Symmetric Multi-Processors),系統所有的處理器均無差別且共享相同的主記憶體,通常又為共享式記憶體(Shared Memory)多處理器系統。其適用只需較少數量的處理器但需要能同時處理大量資料運算分析之應用程式。其優點是系統架構簡單方便管理且平行運算的程式易於撰寫,但缺點則是系統擴充能力較差,高階機種擴充成本較為高昂。
  2. 巨量多處理器電腦(MPP: Massive Parallel Processors),系統由許多處理節點所組成且各處理節點具備獨立區域性記憶體及微核心(Micro Kernel)作業系統,整個系統通常無全域性記憶體且由單一主要作業系統系統搭配各處理節點微核心作業系統集中管理,其又稱為分散式記憶體平行處理系統(Distributed Memory Parallel,DMP)。其優點是系統擴充性高,但缺點則是因需考慮使用者程式記憶體如何分散到不同的處理節點內,較不容易撰寫平行運算的程式。
  3. 叢集式高效能運算電腦系統(Cluster HPC Computer System)通常採用相同等級硬體架構的電腦主機節點(有獨立的處理器、記憶體及作業系統),透過一般網路或特殊高速網路相連結而組成單一平行電腦系統。其最大的優點是採用工業化標準的運算主機及技術,依需求彈性擴充其運算能力,具備極高的彈性與成本效益。缺點則是若無搭配設計良好的HPC軟體套件支援服務,管理複雜度較高且應用軟體需要特別加以平行化才能發揮最佳的效能
  4. GPU運算
    GPU 運算使用NVIDIA Quadro或是TESLA以GPU 搭配 CPU方式,藉以加速包含科學領域、分析運算、工程計算、消費運用和企業應用。目前最新CPU 單顆可高達28顆核心,可用來運行循序序列處理最佳化。並搭配GPU 數千個小型且高效率的核心,來同時處理多重任務並進行最佳化。

電腦節點一般分為三大類,

Head Nodes    主要提供整體系統之資源管理、工作排程以及使用者操作環境,又可分為服務控制節點(Admin Node)及使用者登入節點(User Login Node) 服務控制節點(Admin Node) – 主要負責運算資源管理、使用者工作排程以及系統監控服務。 
使用者登入節點(User Login Node) – 提供使用者主要使用操作、工作交付與程式開發測試環境。
File System (Lustre Nodes) 主要提供網路檔案平行化檔案系統服務,讓所有登入節點、控制節點以及運算節點透過網路共同存取資料服務。
Computing Nodes  主要提供應用程式的運算服務之用。

 

TSTi High Performance Computing Suite
是大世科針對地球科學、機械工程、電子設計、數值分析、資訊生物、氣候變遷、電腦動畫、能源探勘、財務金融分析與各種物理與化學計算等各類產業客戶所設計之叢集式高效能運算解決方案。
其以開放式原始碼軟體套件為核心,搭配主流Linux作業系統完整功能,提供系統快速更新部署、資源管理及工作自動排程、軟體開發工具與系統效能監控管理等功能之叢集式高效能運算整合平台。功能特色說明如下:

  • 作業系統快速安裝與軟體更新派送
  • 自動化系統計算資源管理與工作排程
  • 系統效能即時監控及事件自動通知
  • 高彈性使用者平行化程式開發作業環境及系統管理
  • 高效能平行化檔案系統服務
  • 客制化整合式系統管理服務

TSTI HPC Suite搭配具備先進自我監控、自我診斷、主動支援等功能之64位元Intel/AMD處理器伺服主機、超高速InfiniBand網路、平行化檔案儲存系統以及大世科專業建置部署規劃及系統優化調校整合服務,即能擁有專屬之最佳高效能運算系統。

藉由NVIDIA Tesla GPU可加速高效能運算系統,以及企業資料中心的工作負載,並能應用於現今最熱門的深度學習應用中,以加速處理高達Petabyte 的資料。在工業模擬方面,透過Tesla的加速,可以更快速的處理大型模擬場景,當然對於終端應用方面,亦可以加速VDI虛擬桌面的使用者使用體驗。

 
(本圖引用自NVIDIA官網)

  • 醫療生產研究:醫學影像計算、基因測試序列計算、精準醫學、生物製藥
  • 科學研究:氣候模擬、水文模擬、天文科學、太空與各種物理與化學計算
  • 航太應用設計:流體動力學計算模擬 (CFD)
  • 資料分析研究: 資料採礦、資料分析、機器學習、深度學習
  • 電腦圖像編譯:編程加速、圖像處理、電腦動畫
  • 自然資源應用:石油勘探、天然氣探勘
1. 提高IT系統彈性與成本效益
2. 加速整體運作效率,節省運算時間
3. 增加系統運算與創新能力,創造服務的最大效益
4 透由系統模擬方式,避免可能發生之問題