HPC（高性能計算機群）

概述：

　　HPC是高性能計算(High Performance Computing)機群的簡稱。指能夠執(zhí)行一般個人電腦無法處理的大資料量與高速運算的電腦，其基本組成組件與個人電腦的概念無太大差異，但規(guī)格與性能則強大許多?，F(xiàn)有的超級計算機運算速度大都可以達(dá)到每秒一兆（萬億，非百萬）次以上。“超級計算”（supercomputing）這名詞第一次出現(xiàn)，是在1929年《紐約世界報》關(guān)于IBM為哥倫比亞大學(xué)建造大型報表基（tabulator）的報導(dǎo)。

高性能計算機群：

　　綜述

　　高性能計算（High Performance Computing）機群，簡稱HPC機群。構(gòu)建高性能計算系統(tǒng)的主要目的就是提高運算速度，要達(dá)到每秒萬億次級的計算速度，對系統(tǒng)的處理器、內(nèi)存帶寬、運算方式、系統(tǒng)I/O、存儲等方面的要求都十分高，這其中的每一個環(huán)節(jié)都將直接影響到系統(tǒng)的運算速度。這類機群主要解決大規(guī)?？茖W(xué)問題的計算和海量數(shù)據(jù)的處理，如科學(xué)研究、氣象預(yù)報、計算模擬、軍事研究、CFD/CAE、生物制藥、基因測序、圖像處理等等。信息服務(wù)機群的應(yīng)用范圍很廣，包括如數(shù)據(jù)中心、電子政務(wù)、電子圖書館、大中型網(wǎng)站、網(wǎng)絡(luò)游戲、金融電信服務(wù)、城域網(wǎng)/校園網(wǎng)、大型郵件系統(tǒng)、VOD、管理信息系統(tǒng)等等。就其實現(xiàn)方式上分，還可以分為負(fù)載均衡機群、高可用機群等。簡單的說，高性能計算（High Performance Computing）是計算機科學(xué)的一個分支，研究并行算法和開發(fā)相關(guān)軟件，致力于開發(fā)高性能計算機（High Performance Computer）。隨著信息化社會的飛速發(fā)展，人類對信息處理能力的要求越來越高，不僅石油勘探、氣象預(yù)報、航天國防、科學(xué)研究等需求高性能計算機，而金融、政府信息化、教育、企業(yè)、網(wǎng)絡(luò)游戲等更廣泛的領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡嬎愕男枨笱该驮鲩L。集群分為下面幾種

　　主/主 （Active/active）這是最常用的集群模型，它提供了高可用性，并且在只有一個節(jié)點在線時提供可以接受的性能，該模型允許最大程度的利用硬件資源。每個節(jié)點都通過網(wǎng)絡(luò)對客戶機提供資源，每個節(jié)點的容量被定義好，使得性能達(dá)到最優(yōu)，并且每個節(jié)點都可以在故障轉(zhuǎn)移時臨時接管另一個節(jié)點的工作。所有的服務(wù)在故障轉(zhuǎn)移后仍保持可用，但是性能通常都會下降。

　　主/從（Active/passive）為了提供最大的可用性，以及對性能最小的影響，Active/passive模型需要一個在正常工作時處于備用狀態(tài)，主節(jié)點處理客戶機的請求，而備用節(jié)點處于空閑狀態(tài)，當(dāng)主節(jié)點出現(xiàn)故障時，備用節(jié)點會接管主節(jié)點的工作，繼續(xù)為客戶機提供服務(wù)，并且不會有任何性能上影響。

　　混合型（Hybrid）混合是上面兩種模型的結(jié)合，只針對關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移，這樣可以對這些應(yīng)用實現(xiàn)可用性的同時讓非關(guān)鍵的應(yīng)用在正常運作時也可以在服務(wù)器上運行。當(dāng)出現(xiàn)故障時，出現(xiàn)故障的服務(wù)器上的不太關(guān)鍵的應(yīng)用就不可用了，但是那些關(guān)鍵應(yīng)用會轉(zhuǎn)移到另一個可用的節(jié)點上，從而達(dá)到性能和容錯兩方面的平衡。
 

高性能計算集群應(yīng)用程序性能優(yōu)化：

高性能計算集群選擇適合的內(nèi)存

　　高性能計算集群依賴于并行處理系統(tǒng)，所以高性能計算集群信息需要快速的傳入與傳出內(nèi)存。高性能計算集群系統(tǒng)往往是I/O密集型的，因此高性能計算集群選擇正確的內(nèi)存配置，可以顯著提升高性能計算集群應(yīng)用程序性能。

　　高性能計算集群系統(tǒng)依賴于DIMM模塊，因為高性能計算集群是針對并行系統(tǒng)設(shè)計的。

　　高性能計算集群有三種DIMM內(nèi)存可用：UDIMM內(nèi)存、RDIMM內(nèi)存和LRDIMM內(nèi)存。高性能計算集群在處理較大型工作負(fù)載時，無緩沖DIMM速度快、廉價但不穩(wěn)定。寄存器式DIMM內(nèi)存穩(wěn)定、擴(kuò)展性好、昂貴，高性能計算集群對內(nèi)存控制器的電氣壓力小。高性能計算集群同樣在許多傳統(tǒng)服務(wù)器上使用。降載DIMM內(nèi)存是寄存器式內(nèi)存的替代品，高性能計算集群能提供高內(nèi)存速度，降低服務(wù)器內(nèi)存總線的負(fù)載，而且功耗更低。

高性能計算集群升級設(shè)施

　　高性能計算集群應(yīng)用程序正在迅速增長，所以高性能計算集群體系未來的擴(kuò)展能力需要重視。

　　高性能計算集群系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計的一大區(qū)別就是選擇現(xiàn)成工具或定制系統(tǒng)?，F(xiàn)成的高性能計算集群只能在很小的范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展，高性能計算集群限制了未來增長。HPC定制可以保持一個開放式的設(shè)計，讓企業(yè)在將來獲得更好的擴(kuò)展功能。然而，高性能計算集群額外的功能對于定制系統(tǒng)來說是一筆不小的代價，比購買現(xiàn)成高性能計算集群系統(tǒng)要高得多。

高性能計算集群系統(tǒng)一致

　　高性能計算集群系統(tǒng)初次上線時，高性能計算集群所有的配置都很完美，但隨著時間流逝，高性能計算集群配置會變得不一致。

　　高性能計算集群中出現(xiàn)不一致，高性能計算集群管理員可能會看到一些零星的異常貨變化，高性能計算集群影響應(yīng)用程序性能。考慮到潛在的性能，IT部門需要實施策略來確認(rèn)高性能計算集群系統(tǒng)中都運行著什么應(yīng)用程序， 并想辦法讓高性能計算集群配置同步。這些高性能計算集群檢查每季度應(yīng)該進(jìn)行，或者每年不少于兩次。

高性能計算集群能耗

　　高性能計算集群在過去15年中，高性能計算集群能源成本隨著高性能計算密度增加而急劇上升。現(xiàn)在高性能計算集群普通的服務(wù)器開銷為每機柜30kw，高性能計算集群這個數(shù)字還在不斷上升。由于高性能計算集群高密度，高性能計算集群高效率數(shù)據(jù)中架構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施與高性能計算集群冷卻系統(tǒng)變得至關(guān)重要。

　　在高性能計算集群數(shù)據(jù)中心，高性能計算集群高電壓電直接供給到機架，而不是采用傳統(tǒng)的208伏降壓，這樣可以節(jié)約電子電力設(shè)備因電力轉(zhuǎn)換的損耗。高性能計算集群利用節(jié)能型泵取代了嘈雜、低效率的風(fēng)扇。