高性能计算机与曙光集群系统方案.ppt
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1、高性能计算机和曙光机群系统高性能计算机和曙光机群系统提纲 什么是高性能计算 什么是高性能计算机 集群系统什么是高性能计算?高性能计算HPC:High Performance Compute 高性能计算-并行计算并行计算(Parallel Computing)高端计算(High-end Parallel Computing)高性能计算(High Performance Computing)超级计算(Super Computing)什么是高性能计算?计算科学与传统的两种科学,即理论科学和实验科学,并立被认为是人类认识自然的三大支柱,他们彼此相辅相成地推动科学发展与社会进步。在许多情况下,或者是理论
2、模型复杂甚至理论尚未建立,或者实验费用昂贵甚至无法进行时,计算就成了求解问题的唯一或主要的手段。为什么要做高性能计算 应用需求为什么要做高性能计算 人类对计算及性能的要求是无止境的从系统的角度:集成系统资源,以满足不断增长的对性能和功能的要求从应用的角度:适当分解应用,以实现更大规模或更细致的计算 问题:科学和工程问题的数值模拟与仿真计算密集数据密集网络密集三种混合提纲 高性能市场概要 曙光和高性能计算机 什么是高性能计算 什么是高性能计算机 集群系统什么是高性能计算机?由多个计算单元组成,运算速度快、存储容量大、可靠性高的计算机系统。也称为:巨型计算机、超级计算机目前任何高性能计算和超级计算
3、都离不开使用并行技术,所以高性能计算机肯定是并行计算机。其发展历程可以简单的分为两个时代其发展历程可以简单的分为两个时代 专用时代专用时代包括向量机,MPP系统,SGI NUMA 系统,SUN大型SMP系统,也包括我国的神威,银河,曙光1000等。之所以称为“专用”,并不是说它们只能运行某种应用,是指它们的组成部件是专门设计的,它们的CPU板,内存板,I/O板,操作系统,甚至I/O系统,都是不能在其它系统中使用的。由于技术上桌面系统与高端系统的巨大差异,和用户群窄小。普及时代普及时代高性能计算机价格下降,应用门槛降低,应用开始普及。两个技术趋势起到重要作用。商品化趋势使得大量生产的商品部件接近
4、了高性能计算机专有部件标准化趋势使得这些部件之间能够集成一个系统中,其中X86处理器、以太网、内存部件、Linux都起到决定性作用。机群系统是高性能计算机的一种,它的技术基础和工业基础都是商品化和标准化。高性能计算机系统架构高性能计算机系统架构 并行向量机 SMP DSM(NUMA)MPP,节点可以是单处理器的节点,也可以是SMP,DSM Cluster Constellation 高性能计算机的制造厂商 Cray SGI IBM 曙光 银河 神威并行计算机系统类型并行计算机系统类型 Flynn分类:SISD,SIMD,MIMD,MISD 结构模型:PVP,SMP,MPP,DSM,COW 访存
5、模型:UMA,NUMA,COMA,CC-NUMA,NORMA并行计算机分类并行计算机分类Flynn分类Flynn(1972)提出指令流、数据流和多倍性概念,把不同的计算机分为四大类:SISD(Single-Instruction Single-Data)SIMD(Single-Instruction Multi-Data)MISD(Multi-Instruction Single-Data)MIMD(Multi-Instruction Multi-Data)现代高性能计算机都属于MIMD。MIMD从结构上和访存方式上,又可以分为:结构模型:PVP,SMP,MPP,DSM,COW访存模型:UMA
6、,NUMA,COMA,CC-NUMA,NORMA结构模型结构模型对称多处理机系统对称多处理机系统(SMP)SMPSMP对称式共享存储:任意处理器可直接访问任意内存地址,且访问延迟、带宽、机率都是等价的;系统是对称的;微处理器:一般少于64个;处理器不能太多,总线和交叉开关的一旦作成难于扩展;例子:IBM R50,SGI Power Challenge,SUN Enterprise,曙光一号;分布式共享存储系统分布式共享存储系统(DSM)DSMDSM分布共享存储:内存模块物理上局部于各个处理器内部,但逻辑上(用户)是共享存储的;这种结构也称为基于Cache目录的非一致内存访问(CC-NUMA)结
7、构;局部与远程内存访问的延迟和带宽不一致,3-10倍高性能并行程序设计注意;与SMP的主要区别:DSM在物理上有分布在各个节点的局部内存从而形成一个共享的存储器;微处理器:16-128个,几百到千亿次;代表:SGI Origin 2000,Cray T3D;大规模并行计算机系统大规模并行计算机系统(MPP)MPPMPP物理和逻辑上均是分布内存能扩展至成百上千个处理器(微处理器或向量处理器)采用高通信带宽和低延迟的互联网络(专门设计和定制的)一种异步的MIMD机器;程序系由多个进程组成,每个都有其私有地址空间,进程间采用传递消息相互作用;代表:CRAY T3E(2048),ASCI Red(30
8、72),IBM SP2,曙光1000机群系统机群系统(Cluster)ClusterCluster每个节点都是一个完整的计算机各个节点通过高性能网络相互连接网络接口和I/O总线松耦合连接每个节点有完整的操作系统曙光2000、3000、4000,ASCI Blue Mountain访存模型访存模型UMA:NORMA:NUMA:多处理机(单地址空间共享存储器)UMA:Uniform Memory Access NUMA:Nonuniform Memory Access多计算机(多地址空间非共享存储器)NORMA:No-Remote Memory Access结构模型访存模型结构模型访存模型UMA:
9、NUMA:NORMA:多处理机多处理机&多计算机多计算机UMA:NUMA:NORMA:多处理机(共享存储)多计算机(分布式存储)并行计算机的性能指标并行计算机的性能指标名名 称称符符 号号含含 意意单单 位位机器规模机器规模n处理器的数目处理器的数目无量纲无量纲时钟速率时钟速率f时钟周期长度的倒数时钟周期长度的倒数MHZ工作负载工作负载W计算操作的数目计算操作的数目Mflop顺序执行时间顺序执行时间T1程序在单处理机上的运行时间程序在单处理机上的运行时间s(秒)(秒)并行执行时间并行执行时间T n程序在并行机上的运行时间程序在并行机上的运行时间s(秒)(秒)速度速度R n=W/T n每秒百万次
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