千万亿次高性能计算中心建设可行性研究结果汇报2023年

****国家超级计算山东中心建设可行性报告一、建设超级计算机系统的必要性超级计算机系统是科技实力和综合国力的重要标志。超级计算是承受计算、通信和数据处理力气强大的计算机进展数据处理、信息效劳、在线事物处理和科学工程计算。计算模拟在材料设计、型纳米构造与分子器件设计、全球气候变化争论、工业工程设计、航空航天器的制造等方面发挥了重要作用。计算机关心药物设计转变了药物筛选的模式，使得药研发周期缩短了0.9年，直接研发费用降低了1.3亿美元。事实证明，超级计算机为科学争论和觉察供给了强有力的试验与分析工具，已成为支撑科学争论和高技术发展的根底性穿插学科，为越来越多的科学争论和重大工程中的关键问题供给了的争论途径，对增加国家安全、提升科研水平、提高企业竞争力产生了广泛而深远的影响。超级计算机的力气与水平是一个国家综合国力的重要标志。为适应现代科学与工程争论的进展要求，世界很多国家都格外重视国家超级计算根底设施的建设，制定了国家层面的战略打算，推动以超级计算为核心的科研信息化根底设施2023年全球超级计算机5002575346342216〔313排名最靠前的是曙光5000A超级计算机，峰值运算力气为230Linpack18010〔江南计算技术争论所未参与。对超级计算的持续大力支持，使美国在超级计算机系统研制、运行维护、计算应用及效劳等方面始终保持国际领先地位，极大推动了高气象与环境、宇航和太空科学等方面的进展。Top500排名Roadrunner”每秒计算1保美国核武器贮存的持续进展。此外，欧洲和日本也有类似的争论进展。纵观国际兴盛国家高科技领域进展趋势，千万亿次高性能计算已成为当今科技竞争的热点。建设千万亿次超级计算中心是国家科技创战略的重2023年，国家863大专项，支持了以中科院网络中心超级计算中心、上海超级计算中心为主节点，共8个计算节点的网格试验床“中国国家〔ald支持建设了气象、资源环境、生物信息、药研发、仿真应用、城市交通信息、地质调查等11个应用网格，通过资源共享、协同工作和效劳机制，支持科学争论、资源环境、先进制造和信息效劳等应用。国家自然科学基金委员会制定的“以网络为根底的科学活动环境争论”重大争论打算，在气候数值模拟、大规模电力系统、高能物理、生物信息学、计算纳米电子学、计算化学等领域开展了超级计算示范应用。为了满足用户的应用需求，进一步提高我国的计算应用水863重大工程“高效能计算机和网格效劳环境”已开展了一代超级计算机的研发。2023年研制完成两台百万亿次超级计算机，分别作为中国国家网格的南北主节点〔上海超级计算中心和中科院网络中心超级计算中心〕对全国的超级计算用户供给效劳。近期将启动研制千万亿次超级计算机打算，拟322023建设千万亿次超级计算中心已成为当前国内兴盛省市科技竞争的制高点。近年来，国内各省市政府对超级计算中心建设赐予了高度重视和大力支持。上海超级计算中心由上海市政府支持建立，是我国第一个省级超级计算中心，是国家网格南方主节点。上海超级计算中心联合中科院计算所国家智能计算机争论开发中心、曙光信息产业〔北京〕有限公司研制的集群超级计算机——曙光5000A以峰值速度230Linpack180前0级超级计算机的国家，同时也使上海超算中心成为世界上最202312合向科技部提交了国家华南超算中心建设方案和可行性报告。今年1月，组建国家华南超算中心列入《珠江三角洲地区改革进展规划纲要〔》和《广东省人民政府配套经费6.412023万元运行费用。天津市与国防科技大学也已联合向科技部正式提出申请，广东、江苏、北京等省市的建设方案正在制定过程中，近期将向科技部提交报告。建设千万亿次超级计算中心是提升我省科技创力气、保持经济社会可持续进展的重要途径。我省的经济总量居全国前列，经济社会进展快速，但科研实力和创力气与在全国的经济地位不相适应，特别是科研根底设施建设滞后，严重制约我省经济进一步进展和创力气的提高。生物医药、海洋产业、现代农业、现代制造业、现代效劳业等重点产业对超级计算有格外迫切的需求。从我省科技、经济、社会发展的需求来看，近几年对超级计算的需求将大幅度增加。此点产业跨越进展的绝好时机。通过该工程的实施，与我国超级计算机研制的顶尖科研机构江南计算技术争论所建立长提升我省信息产业研发水平和CIIIC整体创力气具有重要意义。二、建设超级计算机系统的可行性〔一〕根底条件2023年山东省科技厅批准成立山东省高性能计算中心，依托山东大学。2023年山东大学与济南高区管委会共同投资，在山东大学软件学院建设山东省高性能计算中心。经过五年的建设工作，中心已成为科技部和教育部网格和高性能计算的主要节点之一，并作为国家网络计算环境平台节物理与微电子学院、材料学院、生命学院和数学院等单位的大量教师、博士生和硕士生在环境上运行作业，平均运行利用率近70%，培育出王小云教授“MD-5破译”等一批重大的科研成果。围绕高性能计算环境的建设，签署了山东大学IBMSGIIntel合作协议，签署了山东大学和山东省气象局联合共建试验室的协议，使山东省高性能计算中心成为与国内外知名公司合作研发基地和效劳山东的公共效劳平台。5年的运营，省高性能计算中心在争论开发、运行治理、技术支持、应用效劳及人才培育等方面积存了丰富阅历，为我省建设千万亿次超级计算机系统奠定了坚实的根底。国家信息通信国际创园〔简称CIIIC〕是科技部、工CIIIC将打造具有世界水平的软件、集成电路、网络通讯、数字装备、信息效劳等五大产业集群。将CIIIC建设成为整IT我国自主创战略的核心区，推动科技机制体制创的试验区。作为国家信息通信国际创园的重要组成局部，总投资1.5亿元、建筑面积3.7万平方米的国家信息通信技术争论院已经落成。建筑南侧地上5层，东、西两侧地上7层，东侧地下1层设置动力设备。大楼坐落于齐鲁软件园正北端，5072〔2023千伏安〔可扩大到1万千伏安，可确保大楼正常供电。大2256供暖系统为蒸汽热交换中心空调系统，另配有风机组等关心设备，确保大楼研发办公环境舒适。一层西侧面积25001300强，适宜做中心计算机系统机房。千万亿次高性能计算中心的研发与办公场所均可满足。〔二〕技术可行性千万亿次超级计算机的研制单位江南计算技术争论所和浪潮集团有研制超级计算机的丰富阅历，实力雄厚，先后完成了国家和省、部级重点科技攻关工程数百项，研制了高技术产品数百种。500并三次荣获国家科技进步特等奖。全所现有各类科技人员千余名，其中中国科学院院士1人，工程院院士2名，博士生10140士、工程院院士、国内知名专家为代表的科研队伍。通过多年对超级计算机、网络、通信产品的研制，江南所已建立起一套大规模专用芯片设计、模拟、测试、验证平台，软硬件设计及工程应用阅历丰富；具有国际一流水平的高密度多层印制板设计、制造、组装生产线，建立了多芯片模块封装〔MCM〕基地，工艺人员研发力气强，拥有完善的电子元器件、印制电路板、电子组装、整机例行试验的国家级检测试验室。在计算机软件方面，江南所担当过多个国产大型并行系统中的治理和编译器软件研制工作，包括高可用系统管理软件、基于MPP体系构造的HPF编译器、并行C/C++编译器，基于CC-NUMA体系构造的OPENMP级计算机正确性验证及软硬件协同模拟与评测软件。江南所在高速互连网络、大规模并行计算系统的优化、大规模作业调度软件的开发方面具有丰富的阅历，对千万亿次超级计算机上的并行环境、编程模型以及优化技术的争论具有深厚的理论根底，其研制的神威超级计算机在军事科研领域已得到广泛运用，综合技术性能位居全国顶尖水平。浪潮集团是是我国最大的效劳器制造商和效劳器解决5次山东省科技进步奖，2次国家科技进步奖，在大规模集成电路设计、高密度多层印制板研制、高性能计算机系统设计、节点机开发、高性能存储系统开发、大规模系统治理等方面具有丰富的阅历。在超级计算领域，经过10年的技术开发和市场开拓，浪潮天梭系列高性能效劳器产品已广泛应用于生命信息、CAE〔计算机关心工程、气象预报、动漫等几十个应用领域,在全国高校、科研院所多个行业建设了数百个超级计算工程，并在沙特成功建设了生命信息领域的超级计算。2023年浪潮联合江南所参与了863打算百万亿次高性能计算机工程的申报，凭借雄厚的技术根底、先进可行的技术方案，获得评审专家高度认可，在工程辩论中排名第一。目前，浪潮集团正在建设国内第一个计算机行业企业国家重点试验室“高效能机的成功研制供给牢靠的组织和技术保障。从外部条件来看，超级计算机的技术进展快速，成熟技术很多，给我们供给了很好的借鉴。国际上可合作的企业有成功的产品开发阅历，可以利用他们的先进技术和成熟产品，加快我们的研发进程。随着国家经济条件的改善和产业为完成工程争论供给了坚实根底。〔三〕我省应用需求的根本分析1、海洋与气候预报。我省是海洋大省，海洋科技资源在全国处于优势，海洋经济居全国前列。海洋资源调查海量数据处理、海洋生化仿真及分析对高性能计算有较大的需求。气象与气候预报对工农业生产和人民生命财产的安全，甚至对国家长期的进展战略产生重要影响。对大气和海洋运动状况作出高实效性的推想，需要海量数值计算，我省海洋科学争论中心首先要建设的就是超级计算中心。2、现代农业与创药物筛选。我省是农业大省，在农业科技上存在很多高性能计算问题，如基因育种、估产、水资源调度、自然灾难监测与把握等。创药物筛选涉及到生物大分子构造设计与计算、构造功能推想和争论等方面，都需要大量的数值计算，计算机关心制药已成为觉察和验证型药物的重要手段，我省拟建设的“创药物平台”就迫切需要超级计算机的支持。3、现代制造业与创意产业。制造业是我省的工业根底，在产品设计、仿真分析以及虚拟装配等方面对高性能计算有较大的需求。我省CIIIC设立了集成电路设计中心，为我省企业和争论单位供给专业的集成电路设计效劳，在集成电路芯片电特性、电失效分析、牢靠性测试以及系统仿真等方面对高性能计算机的并行处理力气要求很高。动漫产业是国家文化创意产业的重要领域之一。我省动漫产业进展快速，在CIIIC建有动漫基地。由于动漫渲染应用计算量巨大，必需借助超级计算机进展分布式计算。4、信息安全与金融风险分析。信息安全技术是保障国家根底网络、电子政务、电子商务安全的强大技术支撑。我省王小云教授领导的课题组在密码分析领域居国际领先水平，随着软硬件技术的不断进展和型计算技术的不断出现，对安全强度方面的要求也在不断提高，需要超级计算和海量存储的计算环境。现代金融风险度量已成为一个兴的科学领域。我省彭实戈院士在金融风险把握中的定量分析与计算争论领域居国际领先水平。现代金融风险度量的量化是一个大规模的科学计算工程，金融风险分析与监控，资产投资决策争论与应用都需要海量存储和强大的计算力气。三、千万亿次超级计算中心初步建设方案〔一〕建设目标863重大工程要求，建设一个总计算力气为千万亿次级、存储容量为PB级的高性能计算、存储和显示环境，研发一批面对超级计算环境的效劳平台支撑软件，开发一批具有自主学问产权的应用软件，开展面对海洋资源调查海量数据处理、海洋生化仿真及分析、农作物基因排序、创药物筛选、金融分析、信息安全、工程计算与分析等超级计算应用效劳，带动我省重点支柱产业的进展，培育一批面对超级计算关键技术争论、开发、技术支持和应用效劳的人才队伍，使之成为国内领先的超级计算研发、应用基地。〔二〕建设内容1、超级计算环境。建设以多核/众核为根底的混合异构的超级计算环境，建设高可用、高效能的海量存储环境；2、关键技术争论与软件开发。攻克混合异构体系构造、异构编程模式、高速互联、智能调度等一批关键技术，研发一批面对高性能计算环境的部署、监控、调度、认证、安全等效劳平台支撑软件，开发一批面对海洋科学争论、创药物筛选、金融分析、信息安全等领域具有自主学问产权的应用软件。3、技术支持和培训效劳体系。以高性能计算环境为基础，建设技术支持效劳体系，开展高性能计算应用开发和培训效劳，依托山东大学软件学院招收面对高性能计算应用的软件工程硕士；4、应用示范工程。筛选一批高性能计算应用示范工程，重点支持，总结应用阅历，推广应用。〔三〕根底设施与配套系统建设方案1、根底设施规划总面积：1功能区划分：中心机房、治理把握室、电源空调室、可视化厅、治理中心、研发中心、培训教室、应用效劳中心等24001重问题以及利于建设散热系统2、配套系统运行与空调依据1计算，关键设备〔节点等〕UPS散热系统：高性能计算机本身承受高效的水冷散热方式，水冷机组建设在中心机房外，与中心机房机柜系统通过〔低于20度、湿度外部网络接入系统：多路光纤高速宽带接入，以满足客户快速接入、获得快捷效劳需求报警等〔四〕进度安排1202362、到2023年9月，完成根底设施及相关配套设施建设。完成千万亿次高性能计算机研制，开头进场、安装、调试；3202312四、治理体制和运行机制千万亿次超级计算机研制由江南所担当。我省以CIIIC争论院为主体，充分利用现有的根底设施加以改造，联合山东大学、省科学院、济南高区、浪潮集团等单位，分别安排资金共同组建山东省千万亿次超级计算中心，进展超级计算的应用开发和日常运营治理。山东省千万亿次超级计算中心设立理事会、专家委员会，下设办公室、财务部、平台运维部、培训部、争论开发部、应用推广部等部门。中心主任由CIIIC争论院选派人员担当。山东省千万亿次超级计算中55治理和运行：〔一〕山东省千万亿次超级计算中心理事会成员由CIIIC、山东大学、省科学院、济南高区、浪潮集团等单位领导组成。理事会负责中心重大问题的决策，负责选聘中心行政领导。〔二〕山东省千万亿次超级计算