超級計算中心的建設(shè)和運營模式

超級計算中心的建設(shè)和運營模式,曙光信息產(chǎn)業(yè)(北京)有限公司2009年10月,報告人：聶華,建設(shè)超算中心成為國家/地區(qū)戰(zhàn)略任務(wù)超算中心規(guī)劃和建設(shè)方式云計算中心的運營服務(wù)模式探討機遇與挑戰(zhàn),主題,4/26/2020,2,4/26/2020,3,“戰(zhàn)略計算”一詞首次出現(xiàn)在1995年美國為了確保核庫存的性能、安全性、可靠性而實施的“加速戰(zhàn)略計算創(chuàng)新（ASCI）計劃”。ASCI共投資10億美元，主要參與者有Sandia、LosAlamos、Lawrence三個國家實驗室和Stanford、Chicago等五所大學(xué)，在工業(yè)界選擇了IBM、Intel、SGI和Cray四個合作伙伴。ASCI計劃為DOE提供了5臺10-100TFlops的超級計算機，其中包括我們熟悉的IntelASCIRed、IBMASCPurple等。20年來，美國最大的超級計算機全部部署于DOE的國家實驗室。,“超級計算”是美國的“國家戰(zhàn)略”,過去18個月美國利用超級計算機獲得的主要科技突破：解密蛋白質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的特殊作用，為新藥研制提供用力的幫助理解火焰中氣體/熱能/化學(xué)反應(yīng)燃燒三者關(guān)系，促進清潔能源研究高溫超導(dǎo)材料獲得一系列理論突破上述成果將對生物、制藥、新能源、新材料等工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠影響，是美國未來競爭力的主要保障,“計算科學(xué)利用先進計算能力去理解和解決復(fù)雜問題，是確保科學(xué)領(lǐng)導(dǎo)地位、經(jīng)濟競爭力和國家安全的關(guān)鍵?！泵绹偨y(tǒng)信息咨詢委員會報告,中國的“兩彈一星”、“載人航天”、科技進步、經(jīng)濟騰飛也都離不開“超級計算機”的支撐。,超級計算是國家/地區(qū)核心競爭力的重要標(biāo)志,4/26/2020,5,主要國家均有由政府投資興建營運超級計算中心保障計算資源先進性保障計算資源使用的合理性保障技術(shù)服務(wù)的專業(yè)性,韓國超算中心30萬億次,芬蘭超算中心86萬億次,美國圣地亞哥超算中心42萬億次,美國國家超算應(yīng)用中心164萬億次,西班牙巴塞羅那超算中心94萬億次,美國德州超算中心580萬億次,德國尤利希研究中心1000萬億次,美國新墨西哥超算中心170萬億次,中科院超級計算中心140萬億次,上海超級計算中心200萬億次,日本東京工業(yè)大學(xué)GSIC170萬億次,國內(nèi)外超算中心的建設(shè)和發(fā)展,4/26/2020,6,“超級計算機”的“中國力量”：曙光、銀河、神威1983年，國防科大研制成功每秒1億次“銀河”巨型機。1992年，國防科大研制成功每秒10億次“銀河II”巨型機。1995年，中科院計算所研制成功每秒25億次MPP計算機-曙光1000。1997年，國防科大研制成功“銀河III”百億次巨型機。1999年，國家并行機工程中心研制成功每秒3840億次的“神威I”。2004年，每秒10萬億次“曙光4000A”超級計算機研制成功，列Top500第10位，標(biāo)志中國繼美、日后，進入世界超算領(lǐng)域前列。2008年，每秒230萬億次“曙光5000A”超級計算機研制成功，再次入圍全球TOP500前10名。2009年，國防科大研制成功每秒1.2千萬億次的“天河一號”，受到國人矚目。,“超級計算機”在中國的發(fā)展,4/26/2020,7,超級計算日益成為現(xiàn)代社會運行的基柱,4/26/2020,8,科學(xué)研究,超級計算日益成為現(xiàn)代社會運行的基柱,4/26/2020,9,工業(yè)創(chuàng)新,商業(yè)金融,社會與公眾服務(wù),國家和社會安全,超級計算日益成為現(xiàn)代社會運行的基柱,4/26/2020,10,科學(xué)研究,超級計算日益成為現(xiàn)代社會運行的基柱,4/26/2020,11,科學(xué)研究,超級計算日益成為現(xiàn)代社會運行的基柱,4/26/2020,12,科學(xué)研究,超級計算日益成為現(xiàn)代社會運行的基柱,4/26/2020,13,計算模擬與傳統(tǒng)的理論分析和觀察實驗是當(dāng)今進行科研創(chuàng)新的三大支柱,計算，創(chuàng)造未來,4/26/2020,14,超算中心的建設(shè)，因為技術(shù)含量高、功能強，能夠承載高端的科技應(yīng)用，聚集高水平的人才，必將提升超算中心所在城市地方科技實力。超級計算中心建設(shè)一般規(guī)模較大，應(yīng)用可以輻射周邊區(qū)域，相鄰區(qū)域重復(fù)建設(shè)難度大，所以搶占超算中心建設(shè)先機，爭奪區(qū)域科技發(fā)展的引領(lǐng)地位、爭取高端產(chǎn)業(yè)聚集對建設(shè)中心城市至關(guān)重要。高性能的超級計算中心建設(shè)，可以吸引聚集需要高性能計算平臺的高端應(yīng)用，提升區(qū)域科研水平，增強企業(yè)的核心競爭力，進而推動城市地方經(jīng)濟建設(shè)。超算中心所完成的關(guān)鍵性高端科研項目提升城市顯示度和美譽度。具有高性能的超級計算平臺，可以作為吸引、引進高端人才的硬件條件，提升城市的教育、科研水平和質(zhì)量。高性能的超級計算機作為IT基礎(chǔ)設(shè)施，可以改善區(qū)域投資環(huán)境，促進城市招商引資。,超算中心建設(shè)因何成為城市爭奪的熱點,4/26/2020,15,北京市計算中心,互聯(lián)網(wǎng),其他：廣州超算中心、沈陽超算中心等建設(shè)規(guī)劃已進行立項論證,曙光機在國內(nèi)超算中心中全面部署,建設(shè)超算中心成為國家/地區(qū)戰(zhàn)略任務(wù)超算中心規(guī)劃和建設(shè)方式云計算中心的運營服務(wù)模式探討機遇與挑戰(zhàn),主題,4/26/2020,16,4/26/2020,17,第一階段：前期調(diào)研成立籌備組本地高性能計算需求分析廠商技術(shù)方案及案例調(diào)研第二階段：可行性研究編寫項目建議書，組織評審編寫可行性研究報告及評審第三階段：立項編寫項目建設(shè)方案及評審政府批準(zhǔn)立項,第四階段：土建及選型設(shè)備選型及簽訂合同土建招投標(biāo)及施工（若有）第五階段：安裝調(diào)試機房基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備超級計算機軟硬件系統(tǒng)集成技術(shù)培訓(xùn)第六階段：交付運行試運行正式交付,超算中心的建設(shè)流程,4/26/2020,18,面向教育、科研、企業(yè)以及政府等單位提供隨需應(yīng)變的計算資源、存儲資源和軟件資源技術(shù)支持服務(wù)并行編程，程序移植高性能計算相關(guān)軟件的應(yīng)用高性能計算系統(tǒng)環(huán)境的使用（作業(yè)管理系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境）高級技術(shù)咨詢服務(wù)和共性技術(shù)開發(fā)并行軟件、專用軟件、共享或商業(yè)軟件的用戶定制開發(fā)提供高級數(shù)學(xué)建模、算法設(shè)計服務(wù)提供虛擬產(chǎn)品設(shè)計中以CAE應(yīng)用（結(jié)構(gòu)分析，流體分析，熱分析，電磁場分析，或多場耦合分析）為核心的工程咨詢服務(wù)培訓(xùn)服務(wù)：系統(tǒng)技術(shù)，并行編程，計算方法，軟件使用，網(wǎng)格計算等為高性能計算機硬件廠商、應(yīng)用軟件廠商提供演示體驗中心、用戶測試等外包服務(wù)為各類欲購置或自行搭建高性能計算平臺的用戶提供第三方技術(shù)咨詢軟件傳播、交流和共享服務(wù)。,超算中心的核心業(yè)務(wù)規(guī)劃,4/26/2020,19,建設(shè)超級計算中心絕不等同于購置一臺高性能計算機，還需要做多方面的系統(tǒng)、業(yè)務(wù)建設(shè)以確保服務(wù)質(zhì)量和使用效率土建、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、改造超級計算機系統(tǒng)軟件、應(yīng)用支持人員隊伍建設(shè)服務(wù)運營機制,超算中心建設(shè)的“復(fù)雜性”,商業(yè)軟件資源需求舉例,4/26/2020,20,4/26/2020,21,科學(xué)軟件資源需求舉例,4/26/2020,22,建設(shè)保障超算中心業(yè)務(wù)正常運行的服務(wù)和運營團隊外派技術(shù)和管理人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)，掌握管理與應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)。招聘高性能計算領(lǐng)域博、碩士研究生到中心工作，以保證超級計算中心擁有較強的技術(shù)實力，可以進行多種業(yè)務(wù)的開展。,人員隊伍建設(shè)舉例,4/26/2020,23,政府投資建設(shè)和運營服務(wù)于”長三角“地區(qū)制造業(yè)、高新技術(shù)企業(yè)以及教育科研等用戶在氣象預(yù)報、藥物設(shè)計、生命科學(xué)、汽車、新材料、土木工程、物理、化學(xué)、航空、航天、船舶等十個應(yīng)用領(lǐng)域取得了一批重大成果全程保障ARJ支線飛機全機外形、氣動阻力、氣動升力的設(shè)計支持大飛機公司完成翼型、機翼、翼身組合體、發(fā)動機吊掛等設(shè)計任務(wù)支持榮威750、550、奇瑞A3、A01D虛擬設(shè)計，A3獲CNCAP五星安全大獎上海外環(huán)隧道、崇明過江隧道、過江大橋的安全評估和設(shè)計仿真對蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用準(zhǔn)確預(yù)測，完成世界影響力的新藥設(shè)計和研究,船舶水動力特性的數(shù)值模擬,支線飛機空氣動力學(xué)設(shè)計分析,船尾組合漿區(qū)域壓力發(fā)布,飛行器優(yōu)化設(shè)計,汽車碰撞與安全性評估,金屬催化過程,藥分子設(shè)計,地質(zhì)構(gòu)造與抗震性能評估,以上海超算為例分析典型超算中心運營模式,4/26/2020,24,上海超算中心對區(qū)域科技創(chuàng)新的巨大作用,4/26/2020,25,超算中心需要成功地運營，創(chuàng)造出效益，得到投資者認(rèn)可，才能獲得進一步發(fā)展的機會，以上海超算中心為例：,超算中心的分期建設(shè)原則,4/26/2020,26,傳統(tǒng)的超算中心主要作為公共計算平臺，旨在提升區(qū)域科研能力和企業(yè)核心競爭力，通常需要財政補貼以維持正常運營。超算中心的收入來源計算資源按需服務(wù)高級技術(shù)咨詢服務(wù)企業(yè)贊助超算中心的主要支出IT設(shè)施電力消耗人員工資等成本物業(yè)管理及其他費用,超算中心的運營成本,4/26/2020,27,全面采用“綠色計算”方案采用高效能服務(wù)器系統(tǒng)采用刀片式服務(wù)器采用虛擬化技術(shù)采用電源管理技術(shù)采用水冷散熱技術(shù)實際效果電費得到了有效控制管理運營人員沒有擴編面臨的主要問題和難題基礎(chǔ)設(shè)施的分期改造帶來的混亂服務(wù)器淘汰更新過快仍然“嚇人”的電費賬單仍然依賴政府的財政撥款,曙光5000A高度關(guān)注運營成本,探索適合超算中心應(yīng)用的新技術(shù)和新平臺,已投入大規(guī)模運行的GPGPU機群安裝于中科院過程控制研究所,業(yè)界首款全兼容SSI標(biāo)準(zhǔn)的TC36002009年舊金山IDF大會上正式發(fā)布,PHPC推動HPC的普及,基于龍芯CPU的主板設(shè)計,PowerConf節(jié)能軟件,4/26/2020,29,政府劃撥2000年一期3.5年3000萬元2004年二期3年4500萬元2009年三期3年9000萬元近幾年情況,上海超算中心運維資金情況,4/26/2020,30,國際上超級計算中心維資金情況,4/26/2020,31,基礎(chǔ)設(shè)施一次規(guī)劃，避免分期改造廣泛調(diào)研，全面設(shè)計，一次投入（總計投入超過7億）設(shè)備分批入場，快速投入運營一期設(shè)備快速入場，在2010年直接服務(wù)于深交會二期、三期設(shè)備按業(yè)務(wù)需要規(guī)模入場，追求綜合效益最大化先科學(xué)計算，再城市信息服務(wù)以現(xiàn)有的科學(xué)計算為先導(dǎo)，快速提供服務(wù)，快速出成果數(shù)字城市、電子政務(wù)是華南超算中心未來的主要方向注重公共基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)屬性，以政府支持為主強調(diào)超算平臺對地方科技的強大支撐作用重點發(fā)揮超算平臺的公益效應(yīng),華南(深圳)超算中心的建設(shè)方式,建設(shè)超算中心成為國家/地區(qū)戰(zhàn)略任務(wù)超算中心規(guī)劃和建設(shè)方式云計算中心的運營服務(wù)模式探討機遇與挑戰(zhàn),主題,4/26/2020,32,4/26/2020,33,支持方觀點：超算中心建設(shè)是一種先進的模式優(yōu)化、集中IT軟硬件資源，本身就是一種節(jié)約行為反對方觀點：超算中心運營是政府的財政負(fù)擔(dān)經(jīng)濟不足夠發(fā)達地區(qū)，持續(xù)的財政撥款需求的確讓政府頭疼到底誰錯了？如果沒有超算中心，政府每年分散的IT投資浪費觸目驚心雖然有了超算中心，大多數(shù)政府并沒有改變原有的IT投資方式原有的投資沒有減少，又有了新的需求，自然就產(chǎn)生財政負(fù)擔(dān)！問題解決途徑：集中投資后，分散投資必須得到有效控制按現(xiàn)有的政府財政申請和撥款模式，很難有效操作從超算中心的自我經(jīng)營模式尋找突破點新模式的探討：分散的IT投資，改由政府統(tǒng)一向超算中心采購服務(wù),超算中心運營模式引發(fā)的矛盾,4/26/2020,34,成立事業(yè)單位編制超算中心運營團隊負(fù)責(zé)后期運營，主要資金來源為財政撥款，對外服務(wù)收入作為有益補充。政府及共建單位成立股份制合資公司進行企業(yè)化運營，并由政府提供基礎(chǔ)運營費用補貼。政府設(shè)定基本運營指標(biāo)外包第三方企業(yè)運營并提供稅收減免等優(yōu)惠政策，企業(yè)自負(fù)盈虧。在保證運營指標(biāo)的前提條件下，企業(yè)可以利用超算中心進行相關(guān)的商業(yè)運作，以補充運營費用、提升運營水平。進一步的大膽設(shè)想：廠商投資建設(shè)超算中心并負(fù)責(zé)運營，政府定期、定量采購超算中心軟硬件服務(wù)，以補貼廠商建設(shè)投資和超算中心運營費用。,新型超算中心的運營模式探索,4/26/2020,35,全新建設(shè)運營模式：曙光投資建設(shè)超算中心并負(fù)責(zé)運營，政府定期、定量采購超算中心軟硬件服務(wù)，以補償建設(shè)投資和運營成本。用戶收益政府消除了對未來不確定性的擔(dān)憂。超算中心面向政府信息化應(yīng)用，將大大提高政府信息系統(tǒng)的集中度，可節(jié)約大量經(jīng)費。政府獲得了招商引資的效果。超算中心亦成為城市的科技名片，有較強顯示度。,成都超算中心的大膽嘗試,4/26/2020,36,利益模型分析,超算中心,廠商,政府,達成戰(zhàn)略合作協(xié)議,4/26/2020,37,基于平臺的服務(wù)呈現(xiàn)？云計算模式！,對成都超算中心建設(shè)模式的解讀,4/26/2020,38,政府主導(dǎo)的新型超算中心建設(shè)將進入快速發(fā)展階段超算中心是政府基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的一部分“公共服務(wù)”是未來超算中心的基本屬性超算中心應(yīng)用模式將不斷拓展科研類：面向教育和科研領(lǐng)域用戶的科學(xué)計算應(yīng)用企業(yè)類：提供計算、存儲和軟件資源，對企業(yè)用戶提供服務(wù)，按需付費政務(wù)類：IT投資集中化，建設(shè)成政務(wù)信息共享、交換中心金融類：面向金融、證券等行業(yè)的海量數(shù)據(jù)挖掘災(zāi)備類：面向政府或大型企業(yè)提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用的災(zāi)難備份與恢復(fù)服務(wù)。電子商務(wù)類：線上交易平臺與商務(wù)智能數(shù)據(jù)處理類：海量互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的處理和分析。,超算中心的發(fā)展要求,超算中心的興起是IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,IT資源由分布趨于集中，大型超算中心（乃至未來的云計算中心）的建設(shè)將進入快速發(fā)展時期資源整合提高使用效率并易于管理和更低的TCO保證最佳的應(yīng)用水平和服務(wù)支持IT資源將以“按需服務(wù)On-Demand-Service”模式展現(xiàn)給用戶以超算中心為平臺支撐的“云計算中心”的呈現(xiàn)軟件即服務(wù)Softwareasaservice基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)InfrastructureasaService平臺即服務(wù)Platformasaservice,超算中心,4/26/2020,39,利用企業(yè)、品牌優(yōu)勢進行廣泛聯(lián)合合作，關(guān)注云計算技術(shù)趨勢VMware戰(zhàn)略合作關(guān)系，開展云計算虛擬化技術(shù)領(lǐng)域探索Microsoft戰(zhàn)略合作關(guān)系，在云計算系統(tǒng)平臺技術(shù)領(lǐng)域探索INTEL、AMD戰(zhàn)略合作關(guān)系，在云計算硬件芯片級支持技術(shù)方面探索EMC戰(zhàn)略合作關(guān)系，在云計算數(shù)據(jù)服務(wù)領(lǐng)域探索NOVELL戰(zhàn)略合作關(guān)系，共同投資建設(shè)云計算展示平臺SGI戰(zhàn)略合作關(guān)系，提供大型主機、數(shù)據(jù)中心與計算解決方案級體驗曙光應(yīng)用體驗中心對用戶提供免費的云計算體驗服務(wù)曙光具有云計算平臺、云計算技術(shù)科研開發(fā)力量曙光具有提供多樣化云計算硬件平臺的優(yōu)勢曙光具有強大的云計算應(yīng)用支持領(lǐng)域工程師隊伍曙光具有提供云計算服務(wù)模式的基礎(chǔ)曙光具有國內(nèi)最成功的實戰(zhàn)案例,曙光迎接云計算時代的到來,4/26/2020,40,建設(shè)超算中心成為國家/地區(qū)戰(zhàn)略任務(wù)超算中心規(guī)劃和建設(shè)方式云計算中心的運營服務(wù)模式探討機遇與挑戰(zhàn),主題,4/26/2020,41,4/26/2020,42,不同于其他大型科研創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施的特點設(shè)備更新周期短，日常運維投入大技術(shù)要求高，對尖端人才的依賴程度大覆蓋面廣，需要跨多個學(xué)科、產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的結(jié)合現(xiàn)有投資渠道和投資方式的不足重硬件，輕軟件重建設(shè)，輕運維國家層面缺乏統(tǒng)籌和規(guī)劃愿意做，但不敢做；越不做，越不知如何做“起大早，趕晚集”的困惑,超算中心建設(shè)面臨的挑戰(zhàn),4/26/2020,43,時代發(fā)展帶來的機遇,高速發(fā)展的中