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解决方案

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宝德高性能计算之气象、海洋和环境模式解决方案
项目背景

近年来,由于地球环境的不断恶化,极端天气频发,海洋环境遭到严重污染,自然气象灾害的增多,对气象预报、海洋领域业务提出更高、更旺盛的需求。天气气候预报的数值预测模式日益成熟,关于海洋环境领域的研究也越来越受到重视,高性能计算机处理能力也越来越高,将高性能计算机应用于气候、海洋、环境领域模式可以实现对其模式的最佳提升,目前,高性能计算机早已成为开展气候、海洋环境等数值模拟业务和科学研究所必须的基础工具。宝德为气象、海洋领域提供硬件服务全方位的解决方案。

方案介绍

针对气象、海洋领域模式的主要特点 :浮点计算量大、通信密集、要求系统具有高稳定性和高I O吞吐能力。宝德高性能计算机系统区别于传统的集群高性能计算机,在如上几个方面进行了强化设计。  宝德PR6010P刀片服务器和PR2750P机架服务器采用Intel C624高性能芯片组处理器架构,处理能力 高达1.2Tf lops,具有强大的计算能力。 网络系统方面采用单向56Gb s高速FDR Infiniband作为通信网络以解决中大规模系统中的网络压力问题, Infiniband网络是当今业界最成熟的通用高速网络,在目前TOP500的大型集群系统中占据着绝对主流。为保证应用的数据访问的性能和安全,在存储硬件方面,宝德提供企业级FC-SAN存储系统,专业的企业级磁 盘、功能强大的存储管理软件以及模块化结构为用户快速、简便和动态响应不断变化的容量和性能要求提供 了前所未有的灵活性。

方案解析

计算量大:中尺度气象预报模式(MM5、WRF、GRAPES和AREMS),物理海洋模式如ROMs、Fvcom等都有非常大的计算量,预报精度提高一倍,其所需计算量将成几何级上涨。目前上文提到的绝大部分预报模式都已经完成了并行化 ,如中尺 度 预报 模 式 的MM5、WRF既支持MPI消 息传 递 并行 ,又支持OpenMP共享存储并行 ,也支持MPI+OpenMP的混合运行模式。海洋模式中的FVCOM、ROMS、POM、HYCOM等等,环境模式中的CMAQ、CCSM3、 CAM等等均支持高性能计算,并具有良好的可扩展性。

通讯密集:由于这些模式都是并行软件,同时一般都采用有限差分格点模式并行计算,所以运行这些预报模式时,各个 CPU之间的通讯量很大,模式对通讯的性能要求非常高。如气象中尺度预报模式MM5、WRF的通讯既包括母域 和嵌套域之间的域间通讯,又有各个域内部不同数据划分之间的通讯。所以这就要求高性能计算机有高性能 的通讯网络。

对系统IO性能要求高:海洋模式如物理海洋和海洋地质领域的程序大都对整个系统的IO性能有较高要求,一般要求有分布式IO或者 并行文件系统,否则可能很难有太好的加速比。

规范的模式系统化集成:气象、海洋、环境领域模式从软件的处理流程上看,一般分为前处理、主模式和后处理三个过程。前处理包 括资料的传输下载、数据同化等等,后处理主要是指图形化处理生成产品等,前/后处理一般对计算机要求不是太高。主模式是整个系统的主要部分,也是主要计算量所在,这个部分是对计算机性能要求较高,整个模式系统从前处理到主模式然后到后处理这样的流程运行下来也需要系统具有较高的稳健性,所以优秀的模 式软件应用专家支持及硬件级的系统技术支持均对模式的良好使用也是关键。  对于构建一个针对气象、海洋的高性能计算系统,在选择基础硬件环境时,以下四点是非常重要的。

1、高性能,特别是浮点处理性能

2、高性能网络环境

3、高性能的分布IO或者并行文件系统

4、系统的高稳健性

方案优势
  • 高适用

    该方案采用宝德可扩展系列高性能计算机系统,宝德PR2750P是宝德公司在2018年推出 的跨时代的高性能计算机产品,它不仅在众多方面超越了传统的集群式高性能计算机,具有高稳定 、高可用、高扩展、高密度、高性能的特点,适用于各类气象、海洋部门。

  • 高性能

    整个系统浮点计算理论峰值可以达到7.6万亿次以上 ;计算模块间采用56Gbps 高速Infiniband互联,端到端延迟小于1.2us,优于市场上的所有的商品化高速互联网络。

  • 高稳定

    所有关键部件上,如电源、硬盘以及网络等都做到了冗余设计,是保证程序模式高稳定性运行的保证

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