校级高性能计算公共服务平台的建设困局论文
2020-09-23 23:54:37 88
0简介
高性能计算使用高级计算功能来理解和解决复杂的问题，尤其是那些无法通过理论或实验解决的问题或难以解决。科学问题以及庞大，复杂，甚至不可重复和危险的工程设计和实验都可以在真实，整个过程中，在任何时间和空间，重复且精确地进行。随着计算机软硬件的飞速发展和计算速度的不断提高，高性能计算已逐渐成为支持科学研究和高科技发展的基础学科。科学研究和重大项目中不再存在越来越多的关键问题，它是一种仅依赖于理论或实验的方法，并且还需要高性能计算的帮助。高性能计算已成为继理论分析和科学实验之后的第三种科学研究方法，并且已广泛应用于物理，化学，生物，工程，材料，电子，环境和能源等几乎所有学科和行业。高性能计算作为新一代信息技术，在确保国家安全和促进科学技术发展中发挥着直接作用，是一国综合实力的重要指标之一。因此，高性能计算已成为《 2004-2010年国家科学技术基础设施建设纲要》平台建设的重点，而在“国家“十二五”科技发展计划”中大力培育和发展的战略性新兴产业发展”。
近年来，高性能计算在中国许多领域都取得了巨大进步。从政府，大学，研究机构到企业，都已经意识到高性能计算仿真可以提高技术创新能力并加速创新。降低开发成本的重要辅助作用。作为科学技术创新的重要基础，大学越来越重视高性能计算。他们花费了巨资建立了用于大学级别高性能计算的公共服务平台。强大的计算能力极大地提高了学校的科研能力和水平，并且随着教学和科学研究的发展，高性能计算已成为高校教学和科研创新的基本手段。但是，有许多大学级别的计算平台使用效率低下，导致资源浪费。因此，迫切需要考虑和解决大学级高性能计算平台的运行和管理中存在的问题，分析产生问题的原因，并提出合理的建议，以提高平台建设的有效性和使用性。问题。
1学校级高性能计算公共服务平台的构建，管理和运营中的主要问题
构建高性能计算公共服务的目的该平台是学校科研的平台，为教学提供开放服务，提高整体科研竞争力。但是，尽管进行了一系列的前期准备工作：调查，程序演示，设备招标，安装和调试以及巨额的资本投入，但许多高校还是做出了巨大的努力来构建一个面对少数人的尴尬的计算平台。造成这种情况的原因包括：
1.1一次性投资，建设期长，可持续性差
1所有相关设施的建设，包括计算机室，电源转换，冷却系统，存储系统，网络环境等，都需要大量投资；从确定计划，购买设备，安装和调试以及调试到正式提供服务的平均周期为两年。相同成本计算功能的翻倍时间约为18个月。刚投入使用的机器实际上落后了。缺乏连续施工的计划使设备更新变得困难。停用6-12个月。
1.2一个平台，一个系统，应用程序不可避免地受到限制
学校级的高性能计算平台通常只是一个单独的硬件平台，仅提供独特的操作环境（架构，仅支持相应的软件和应用程序，难以满足教师多样化的科研应用需求。
1.3重视硬件构造，忽略软件和应用程序的扩展与开发
“软硬不平衡”是提高高性能计算应用程序效率的瓶颈。性能计算所需的能量。该平台仅负责硬件的构建和维护，软件和应用程序由实际使用它的老师提供。该软件的现有功能模块简化了计算操作，但也限制了科学创新。只有积极实施独立开发，我们才能克服软件的局限性。
1.4缺乏高级技术咨询和服务
软件的安装，调试和运行问题只能由老师解决，也可以向软件供应商寻求帮助。该平台提供的咨询和服务仅限于与硬件相关的级别。
1.5缺乏专业的管理和运营团队
硬件的运营，维护，软件和应用程序的扩展，开发，资源管理，调度，计算模型，方法优化等，都需要专业的球队。当前，许多用户用户不了解与高性能计算有关的技术操作，并且负责操作的技术人员也不了解主题应用程序。双方之间的通信困难极大地阻碍了高性能计算的应用。
1.6运营成本高，收费标准陷入困境
现有的投资模式通常是在学校建设初期的一次性投资。该平台建成后，需要独立开发并承担自己的盈亏。该平台只能通过收取机器时间费用来支付运行和维护所需的各种费用，包括场地，水，电和人员补偿。这些日常运行和维护成本几乎占设备购买价格的1/4 / 4-1 / 5。基于成本核算制定的收费标准通常过高，许多潜在用户负担不起。如果单方面降低标准，也将导致资金缺口并影响平台的正常服务。
1.7缺乏合理有效的运行机制和管理模式
不同用户权限和优先级不同，计算所需的等待时间不同，并且缺乏针对用户和计算的统一评估标准系统任务 。
2建设思路和目标
高性能计算平台作为学校级的公共服务平台，目的是为学校的相关学科提供科学的计算和模拟服务。好的管理模型和系统是使这些昂贵的设备充分发挥作用的重要保证。经过长期的实践，国内外的大学和科研机构都有很多可以借鉴的经验。通过学习和借鉴这些宝贵的经验，大学可以避免在构建新的高性能计算平台的过程中的许多误解。
2.1合理的设计，统一的规划，并注意安装环境
学校级平台应确保连续的计算能力，并且合理的施工计划需要考虑资金，场地，相应的辅助设施设备和一般功耗。根据预期的建设规模，统一规划高性能计算平台的安装环境建设，包括电源，空间和散热等基础设施，以确保硬件设备在整个过程中提供连续的服务和更新，而不会需要进行大规模改造。
2.2持续投资，逐步构建以确保计算能力的不间断和稳定增长
长期投资以分阶段构建具有不同操作环境的多个主计算平台以确保计算能力继续稳定增长。如图1所示，第一年要构建完整的主计算平台，然后每两年构建一个主计算平台，五年内就可以构建三个主计算平台。从第六年开始，将每两年淘汰一个主计算平台，并同时构建一个主计算平台。因此，五年后，该平台将继续拥有三个具有大致等效计算功能的主要计算平台。该平台提供不间断的服务。每年定期的设备更新和维护中都会平稳地反映出硬件和系统更新。更新将持续更新。维护只会造成用户难以察觉的短期服务中断。在整个服务周期中，用户只会感觉到系统资源的增加和使用环境的微调，并且不会对科学研究的日程安排产生最小的影响。同时，根据实际需要，可以在不同的平台上配置不同的系统（架构），通过多个平台和系统满足教师多样化的科研应用需求。
2.3建立高级别的管理和运营团队，提高技术支持和服务能力，并注意软件和应用程序的扩展与开发。实验技术团队是设备使用和维护的核心力量，也是平台日常运营的枢纽。和保护。通过职称审查，职位设置，薪水等方面倾斜平台，以吸引高性能计算领域的高素质专业人士组成管理和运营团队。通过定期的培训和激励机制，提高团队的技术支持和服务能力，充分发挥实验技术人员在平台上的服务作用。注重软件和应用程序的扩展与开发，根据实际需要组织软件和应用程序的购买，安装和调试，协助教师解决运行中的各种问题，甚至为教师的科研和创新需求而发展，从而打破了目前的局面。科学研究有软件限制。
2.4优化时间分配机制，提高运行效率
用户预先支付时间并建立时间分配帐户。每年进行一次分配，并为大型并行计算用户分配适当的优先级，并且直到他们用完才累积它们。在平台上进行投资的教师将在满负荷的情况下分配相当于其计算机设备投资额的5年的计算时间。与中山大学的“股份制”建设模式类似，在学校为高性能计算平台基础设施的建设提供资金之后，计划从自身购买计算设备的老师被介绍给学校一级的平台，平台统一规划采购，并以时间分配的形式回馈，资金投入的教师形成了用户与学校共建的典范，不仅避免了分散投资和重复建设造成的资源浪费，而且还可以确保学校级平台的长期有效运行。
例如，研究小组在5年内有200万元用于购买高性能计算设备。资金将分期支付，第一年120万元，其余每年20万元。假设在第一年，我从其他研究小组借来的资金预先投资200万元一次性购买服务器，但不包括管理节点，存储，网络和机房翻新费用。根据当前的技术水平，可以购买约800个核心的主流计算能力。经过方案设计，演示，招标和采购，该服务将在半年后开始。服务器的使用寿命通常为5年，在5年中总共具有4,000核心年的计算能力。考虑到操作过程中各种问题引起的服务中断，实际使用的计算能力约为20-80％，甚至更低。如果委托一名科研人员从事兼职管理，五年的费用约为300万元（平均每年电费20万元），另外还要增加一间计算机房和1名科研人员，收入只有800-3200核年的计算能力。如果使用学校级的高性能计算平台，仅需投入200万元，即可获得4,000核年的计算能力，并可以获得更多专业和系统的技术支持，以及更多使用应用软件的许可。
2.5建立科学有效的运营管理模式
在学术委员会的监督下，董事问责制可以确保平台的公平，有序，高效运作，是一种有效的管理模式。建立一个专门的学术委员会来监督平台的工作，并就平台的建设和开发中的重大问题做出决策。成立一个负责人，负责在学术委员会的指导下掌握平台的发展方向，并确保其对相关学科的支持。聘请专职总工程师担任技术负责人，负责平台计算系统和存储系统的连续运行。安全性和稳定性，软件和应用程序的调试和开发。
2.6与国家计算中心积极合作
由于大学对高性能计算需求的多样性，学校中的高性能计算平台可能无法满足所有用户要求，因此，鼓励学校教师转移一些计算需求，并充分利用国家计算机中心的计算能力。根据用户的需求，学校级高性能计算平台率先与国家计算中心合作，建立学校用户群，为国家计算中心提供服务支持。在学校一级，老师被用来解决诸如互连带宽，软件等问题。服务支持问题，例如软件调试，授权共享。
3概述与展望
高性能计算作为除理论分析和实验之外的第三种科学研究方法，几乎已经渗透到我们的整个国家经济和国家安全中。在应用领域，高性能计算技术的发展将有效增强中国在气候与生态，航空航天，材料科学，基础物理学等领域的研究能力，从而在理论和应用上取得重大突破。作为国家科学技术创新的主体之一，大学借鉴国内外先进经验，整合需求，集中资源，建设学校级高性能计算平台，提供按需提供的高性能计算资源，技术资源。支持和专业的技术咨询服务。不断总结实际应用，探索适合中国国情的高性能建设和运营模式，是促进和提高高校科研能力的重要保证。
