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英特爾至強處理器 助高校打破HPC的瓶頸

2010-12-1310:50

一直以來,高等院校都被看作是先進技術轉化為生產力的最重要場所,所以,不斷加強高校的科研能力的建設是一項必須長期堅持的重要工作。

從地球內部的構造、地震產生的原因,到新型材料的微觀結構、新型藥物的研發,這些都是需要人類率先解決的重大問題,只有搞清楚了它們,才能進一步探索未知世界。

而解決上述這些問題,往往需要依賴于理論和實驗。先通過理論科學提出關于自然現象的假說,再歸納總結出物理模型和數學模型,而實驗科學則用來驗證現成的理論假說,提供新的實驗事實,以修正理論,這是一個從理論上升到科研必然的流程。而高校實驗,需要一個高性能的計算平臺,這個平臺哪里有呢?

作為南京大學地球科學與工程學院教授的周會群博士表示:“以前,為了找到能用于科學研究的計算平臺,科研人員甚至需要到跑到全國各地。缺少高效的計算平臺,簡直成為了高校科研的瓶頸。”周會群教授說:“如果有了自己的高性能計算平臺,不僅僅是我們學院,其他如物理、化學、大氣、天體、地球物理、電子、生命科學等頂尖學科的科研能力,都能夠‘再上一層樓’。”

可見,缺乏高性能計算平臺將成為高校學科發展的制約因素。不過,隨著計算機技術的不斷進步,周會群教授感受到,高性能計算設備計算能力的不斷提高,更是促進了科學研究的領域和手段不斷向前發展。

綜合來看,目前我國的一些高校正在遇到哪些挑戰呢?首先,高校多個學科都存在急迫的高性能計算需求,例如,理論化學、超硬材料、電子、物理、材料、汽車、地學、生物信息等。其次,學校目前計算資源嚴重不足,很多情況下需要租用超算中心。第三,高性能計算平臺已成為學科發展的迫切需要,“計算科學”與“理論科學”和“實驗科學”成為科學研究的“金三角”,高性能計算平臺成為學校眾多學科的必備科研條件。

南京大學是一所教育部直屬的重點綜合性大學,也是首批進入國家“211工程”和“985工程”的高等院校之一。進入二十一世紀,南京大學更是一如既往地以學科建設為龍頭、隊伍建設為核心,推動學科結構優化升級,朝著到2012年即建校110周年時,建成世界知名高水平大學的目標前進。

南京大學始終堅持自己的辦學定位,即要成為探索未知世界、認識客觀真理、為解決人類面臨的重大課題而從事科學發現的場所和思想庫。

正是綜合了以上這些需求,南京大學也提出了建立南京大學高性能計算中心的決定。于是從2004年開始,身為南京大學地球科學與工程學院的教授,同時又是江蘇省高性能計算專業委員會主任的周會群,與南京大學幾位老師一起,積極開展南京大學高性能計算中心的規劃、設計、選型和建設工作。在南京大學高性能計算中心的設計階段,他們就提出一個明確的目標,就是“要在單位體積內盡可能地提供更多的計算能力,而且整個高性能計算中心,要建成為一個‘綠色’的高性能計算中心。”

同時,他們對南京高性能計算中心提出了更高的要求:這個高性能計算中心建設完成之后,要發揮集中建設的優勢,將成為面向全校的高性能計算中心;要提高綜合投資效率,促進資源共享,提高系統綜合使用效率;也要促進多學科之間的交叉,為其他各學科提供最佳的服務和技術支持。甚至,這個高性能計算中心還有一個更加高遠的計劃,就是希望帶動區域經濟發展,促進校企合作,尋求地方政府支持。

目標確定以后,周會群等人經過反復的測試,最終選中了英特爾至強處理器作為南京高性能計算中心的“心”。因為他們在測試中發現,至強處理器的計算能力相當“驚人”,在至強平臺上,有很多的他們日常使用的應用軟件,其運行性能都比原來的方案獲得了大幅度提升。可以說,英特爾至強處理器的優越性能,幫助他們打破了高校科研的瓶頸。

經過幾年的努力,南京高性能計算中心已經初具規模。周會群頗有感觸地說:“高性能計算機的興起,對地球科學的部分領域提供了一個革命性的契機。特別是近年來處理器性能的大幅度提升,使得我們有可能通過基于量子力學理論的計算模擬,從物質的微觀性質做起,逐步了解地下這些物質在高溫、高壓狀況下究竟會產生什么樣的變化。

以往,對于地球內部結構和成分的認識,周會群是通過對天然地震波進行分析并加以推斷得到的,精度不夠而且周期很長。而現在,通過在超級計算機上的虛擬實驗來了解地球內部的結構和成分,既快捷又方便。

如今,南京大學基于英特爾至強服務器平臺的、設計目標為35萬億次浮點運算/秒的高性能計算中心正在緊鑼密鼓的建設過程中。南京大學在這款處理器平臺上的測試結果,對于那些同樣迫切渴望投建高性能計算平臺,以探索未知世界的國內高校來說,也具有非常普遍的借鑒意義。英特爾至強服務器平臺以其出色的性能表現,已經成為國內高校加速教學和科學研究的一個重要工具。

(來源:    作者:)

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