超级计算机现状和我国发展规划

1、.,超级计算机现状和我国发展规划,11/12/2020,.,2,汇报内容 Outline,超级计算机现状和我国发展规划 国家超算天津中心及天河一号介绍 未来国家超算天津中心重点研发方向与资源更新规划,11/12/2020,.,3,超级计算机现状和国内发展规划 HPC development strategy and situation,第一部分,11/12/2020,.,4,日本地球模拟器 2002年，40Tflops,IBM BlueGene/L 2005年，367Tflops 2007年，596Tflops,IBM BlueGene/L 2005年，367Tflops 2007年，596T

2、flops,Cray-YMP 1988年，2.3Gflops,Cray-1 1976 160Mflops,IBM红色选择 1999年，3万亿次,Cray T3E-1200 1998年1Tflops,1983,1992,CrayT3D 1993, 19Gflops,走鹃，2008年， 1千万亿次,天河二号 2013年，5.5万万亿次,2013年天河二号5.49万万亿次,从1.6亿次到5.49万万亿次； 38年性能提高了340000000倍,39年前第一台商用巨型机问世,1997,超级计算机现状和发展规划,TH-1A，2010年， 4.7PFlops,11/12/2020,.,5,超级计算机现状和

3、发展规划,提高超级计算机性能的三驾马车 主频、指令级并行、并行度 并行度 足够宽（数万结点） 足够深（核间、异构、SIMD、指令级）,11/12/2020,.,6,超级计算机是国家综合科技创新能力的基础支撑，全球各大国家均大力发展超级计算机 中国近几年在大力发展超级计算机,超级计算机现状和发展规划,11/12/2020,.,7,天河超级计算机发展 Development history of Tianhe supercomputer,1978年，由小平批准，国防科大开始研制“银河-1” 从此，开始了中国研制超级计算机的艰难和辉煌的历程 Approved by Xiao-ping DENG, t

4、he NUDT started to develop the “Milky Way -1”. From then on, began a difficult and glorious history of Chinese Supercomputer research.,银河-1 100Mflops,1983,银河-2 1Gflops,1990,银河-3 10Gflops,1997,天河一号 4.7Pflops,2010,天河二号 55Pflops,2013,11/12/2020,.,8,高性能计算机 Supercomputer R Cache hit rate from 8% to 35%;

5、Total 3x kernel performance speedup,SHIFTE gets 1.8x speedup,CPU-GPU transfer time reduced to 12% of pushe kernel time.,PUSHE gets 7x speedup,11/12/2020,.,20,聚变技术开发及相关合作,以512个节点为例说明GPU对electron模块的加速,Profile of the CPU and GPU version for 512 MPI processes/6 openMP threads run,11/12/2020,.,21,聚变技术开发及

6、相关合作,Weak Scaling Test,GTC总体性能有23倍的加速，同时程序具有良好的可扩展性。,11/12/2020,.,22,聚变技术开发及相关合作,合作单位：中科院等离子体所 边界湍流模拟程序BOUT+在天河上的扩展性测试及分析：将BOUT+成功部署到天河系统，并进行多组扩展性测试。 与美国国家能源研究科学计算中心NERSC的Edison系统进行测试比较,11/12/2020,.,23,聚变技术开发及相关合作,测试环境对比： 计算结点： NERSC-Edison: 2个12核Intel Ivy Bridge处理器，2.4GHz 天河一号：2个6核Intel Nehalem处理器，

7、2.93GHz 互联： NERSC-Edison: Cray Aries with Dragonfly topology with 23.7 TB/s global bandwidth 天河一号：自主高速互联 MPI实现： NERSC-Edison: 基于GCC 4.9.1(Cray Inc.)、Cray-mpich/7.0.3 天河一号：基于GCC 4.4.7编译器、openmpi编译生成的mpi,11/12/2020,.,24,聚变技术开发及相关合作,在Edison和天河一号上的测试对比,Tianhe-openmpi下，CALC可以保持较好的scaling，solver的scaling最差

8、。 当进程数大于128时，在天河上使用openmpi编译的bout表现出较差的scaling，原因为solver模块中的PVODE求解器的耗时随着进程数的增加反而增加。 目前正在针对solver模块进一步分析导致耗时异常的代码段。,11/12/2020,.,25,未来国家超算天津中心重点研发方向与资源更新规划,第三部分,11/12/2020,.,2007年，图灵奖获得者Jim Gray在美国国家研究理事会计算机科学和远程通讯委员会（NRC-CSTB）的演讲报告中提出了科学研究“第四范式” 第一范式：实验科学研究范式 描述自然现象，主要以观察和实验为依据的研究 第二范式：理论科学研究范式 主要以

9、建模和归纳为基础的理论推导与分析研究 第三范式：计算科学研究范式 主要以模拟仿真复杂现象为基础的计算科学研究 第四范式：数据科学研究范式 以数据考察为基础，联合理论、实验和模拟一体 的数据密集计算处理研究,高性能计算、大数据和云计算融合技术 Fusion Tech. of Big Data and HPC, CC at NSCC-TJ,11/12/2020,.,天津超算中心运营情况,11/12/2020,.,28,高性能计算、大数据和云计算融合技术 Fusion Tech. of Big Data and HPC, CC at NSCC-TJ,大数据硬件技术与环境建设的核心为数据分析和数据挖掘

10、， 通过云计算虚拟与集成技术实现大数据的采集与应用服务， 通过高性能计算配合数据挖掘算法实现大数据的分析处理， 通过层次式动态可扩展存储系统实现海量数据的高效存储。,大数据与云计算和超级计算融合技术：,基于超级计算与云计算的大数据处理与应用建模示意图,11/12/2020,.,29,高性能计算、大数据和云计算融合技术 Fusion Tech. of Big Data and HPC, CC at NSCC-TJ,11/12/2020,.,30,近期中心系统资源规划,配置一组天河二号机柜 新的互连网络 Intel V2 CPU和MIC 扩大“天河一号”计算结点的内存 将现在每个计算核心（core）的内存容量由2GB扩大到4GB 更新天河一号计算结点的CPU和GPU 使用Intel 最新的CPU：E5-2600系列 配置最新的GPU：K80 扩大近线海量