背景 法國(guó)國(guó)家航空航天科研局（ONERA）的任務(wù)是尋找提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、保護(hù)環(huán)境和提高航空航天器安全性的解決方案，這對(duì)高性能計(jì)算資源有著極高的要求。雖然有七個(gè)科學(xué)部門(mén)共用這些系統(tǒng)，但涉及計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和能量學(xué)（CFDE）的兩個(gè)部門(mén)（空氣動(dòng)力/氣動(dòng)彈性/聲學(xué)部和針對(duì)能源方向的多元物理場(chǎng)部）占用了該組織將近 95% 的 CPU使用率。更重要的是，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局的所有 CPU 運(yùn)行的都是專(zhuān)有代碼，因此法國(guó)航空航天實(shí)驗(yàn)室特別熱衷于了解新興技術(shù)，以尋找更好的軟件架構(gòu)。2015 年，作為一個(gè)定期升級(jí)周期到來(lái)，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局開(kāi)始考慮更換原來(lái)的主要生產(chǎn)機(jī)器Stelvio。
部署新高性能計(jì)算系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
自成立以來(lái)，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局一直對(duì)高性能計(jì)算系統(tǒng)有著極高的需求。該局內(nèi)部安裝過(guò)所有矢量超級(jí)計(jì)算機(jī)，包括 CRAY 1S、X-MP、Y-MP 和 C90 系統(tǒng)，以及NEC SX-4 和 SX-8 系統(tǒng)。其第一臺(tái)超標(biāo)量超級(jí)計(jì)算機(jī)是 2006 年安裝的、搭載英特爾® 安騰® 處理器的 Novascale Bull 計(jì)算機(jī) [528 個(gè)內(nèi)核，3.4 Tflops]。早在 1996 年，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局就與英特爾合作安裝了配備 i860 處理器的英特爾® Paragon XP 系統(tǒng)。法國(guó)國(guó)家航空航天科研局所有七個(gè)科學(xué)部門(mén)的研究人員在進(jìn)行各種研究時(shí)都需要使用這些系統(tǒng)。例如，電磁學(xué)和雷達(dá)部門(mén)依靠需要依靠這些系統(tǒng)來(lái)研究電磁兼容性（EMC）和隱形等問(wèn)題，物理部門(mén)需要進(jìn)行大量的閃電相關(guān)研究，但就目前而言，這些系統(tǒng)的最大用戶是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和能量學(xué)部門(mén)。1. 如何用新型生產(chǎn)系統(tǒng)更好地滿足用戶需求和處理需求?在考慮如何用新型生產(chǎn)系統(tǒng)更好地滿足用戶需求和處理需求方面，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局的主要訴求是更強(qiáng)的處理能力和架構(gòu)一致性。法國(guó)國(guó)家航空航天科研局高性能計(jì)算特別顧問(wèn) Alain Refloch表示科研局打算采用 x86 架構(gòu)，以盡可能地降低移植成本。同時(shí)，使用 ONERA 代碼的行業(yè)合作伙伴使用的也是 x86 架構(gòu)，因此在評(píng)估各種選項(xiàng)時(shí)，采用x86架構(gòu)可以帶來(lái)更高的性價(jià)比。2. 如何保證多元物理仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施功能及性能？新型計(jì)算機(jī)主要用于多元物理學(xué)研究。為此，有必要對(duì)數(shù)值方法開(kāi)展一番研究，以穩(wěn)定、保守的方式耦合多元物理系統(tǒng)，從而產(chǎn)生可靠的物理結(jié)果。未來(lái)十年內(nèi)，多元物理場(chǎng)工具和流程必將取得重大進(jìn)展。因此，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局多元物理仿真平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該允許不同的物理學(xué)研究機(jī)構(gòu)在網(wǎng)格管理、耦合技術(shù)、并行性、通信調(diào)度、插值、誤差估計(jì)和 UQ 軟件、數(shù)據(jù)管理工具、可視化和 I/O 以及彈性等方面展開(kāi)合作。3. 如何部署新的集中式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)？考慮到法國(guó)國(guó)家航空航天科研局研究項(xiàng)目的多樣性以及不同部門(mén)的專(zhuān)業(yè)需求，該科研局還計(jì)劃部署一種新的集中式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，其架構(gòu)與新型超級(jí)計(jì)算機(jī)相同，也包含專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)。
高性能計(jì)算系統(tǒng)解決方案摘要
憑借新型系統(tǒng)，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局得以兼顧開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。新的生產(chǎn)系統(tǒng)（名為 Sator） 采用英特爾® 至強(qiáng)® 處理器和英特爾® OPA 架構(gòu)，向法國(guó)國(guó)家航空航天科研局提供了所需的超高性價(jià)比。Sator 為法國(guó)國(guó)家航空航天科研局的專(zhuān)業(yè)研究提供了強(qiáng)大的解決方案，較以前的系統(tǒng)向前邁進(jìn)了一大步。開(kāi)發(fā)機(jī)器 SPIRO 配備了專(zhuān)門(mén)的英特爾® 至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器和英特爾® 至強(qiáng)融核™ 處理器以及GPU 節(jié)點(diǎn)，有助于確保開(kāi)發(fā)人員始終利用最新的技術(shù)。解決方案組成部分• Sator — NEC HPC1812 Rg 2 服務(wù)器搭載英特爾® 至強(qiáng)® E5-2680v4 14c 2.4Ghz 處理器，共計(jì) 17,360 個(gè)內(nèi)核，采用英特爾® Omni-Path 高帶寬網(wǎng)絡(luò)• SPIRO — HPE SGI 系統(tǒng)具有 3,000 多個(gè)英特爾® 至強(qiáng)® 內(nèi)核，以及包含英特爾® 至強(qiáng)融核™ 處理器、英特爾® 至強(qiáng)® 可擴(kuò)展處理器和 GPU 的專(zhuān)用節(jié)點(diǎn)
高性能計(jì)算系統(tǒng)解決方案
采購(gòu)新系統(tǒng)時(shí)，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局根據(jù)法國(guó)公共采購(gòu)規(guī)定發(fā)布了征求建議書(shū)。實(shí)驗(yàn)室根據(jù)技術(shù)考慮因素、基準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果以及支持和服務(wù)價(jià)格的組合做出了最終選擇。所有提案都基于英特爾® 處理器，而各個(gè)提案的主要區(qū)別在于處理器內(nèi)核數(shù)量和處理器頻率。生產(chǎn)系統(tǒng)Sator對(duì)于新的生產(chǎn)系統(tǒng)（名為 Sator），法國(guó)國(guó)家航空航天科研局選擇了搭載英特爾® 至強(qiáng)® 處理器（每個(gè)處理器有 14 個(gè)內(nèi)核）的NEC HPC1812 Rg 2 服務(wù)器。該系統(tǒng)總共包含 17,360 個(gè)內(nèi)核，并采用 100Gbps 的英特爾® Omni-Path 架構(gòu)。2017 年 6 月，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 579.2 TFlops 的 Linpack 性能和 667 TFlops 的理論峰值性能，成為 TOP500 排行榜上排名第 341 位的系統(tǒng)。（在 2017 年 11 月的 TOP500 排行榜中，Sator 下降至第 473位）。Refloch 提出Linpack 數(shù)值中的 0.2 非常重要，因?yàn)槟壳霸?579 到580 Tflops 之間有三個(gè)站點(diǎn)。
圖 1. 法國(guó)國(guó)家航空航天科研局的 NEC HPC1812 Rg 2 系統(tǒng)（被命名為 Sator）結(jié)果
雖然法國(guó)國(guó)家航空航天科研局對(duì)于 Sator 系統(tǒng)的使用仍處于起步階段，但 Refloch 表示，該系統(tǒng)的初期使用體驗(yàn)十分令人滿意。Refloch 指出英特爾® 至強(qiáng)® 處理器與英特爾® OmniPath 高帶寬網(wǎng)絡(luò)的組合是迄今為止該科研局運(yùn)行的工作負(fù)載的理想選擇。在該 NEC 系統(tǒng)的早期使用過(guò)程中，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局對(duì)elsA新架構(gòu)的一個(gè)原型（稱(chēng)為靈活空氣動(dòng)力學(xué)求解技術(shù)（FAST)）進(jìn)行了測(cè)試。法國(guó)國(guó)家航空航天科研局在 17,000 多個(gè)內(nèi)核上展現(xiàn)了 95% 的可擴(kuò)展性，這種可擴(kuò)展性極易實(shí)現(xiàn)。 Refloch 表示，作為 IPCC（英特爾® 并行計(jì)算中心，英特爾® PCC）計(jì)劃的一部分，法國(guó)國(guó)家航空航天科研局針對(duì)多核情況，對(duì)其靈活空氣動(dòng)力學(xué)求解技術(shù)（FAST）應(yīng)用程序進(jìn)行矢量化處理，這項(xiàng)工作有助于加快代碼的現(xiàn)代化工作。Refloch認(rèn)為在這一過(guò)程中，英特爾® 的工具（包括英特爾® Advisor）也提供了很大的幫助。總體而言，大多數(shù)用戶的常用應(yīng)用所使用的內(nèi)核數(shù)量是以前的兩倍多，因此在大多數(shù)情況下，科研局研究人員所用應(yīng)用的性能將得到顯著提高，NEC 系統(tǒng)預(yù)計(jì)將提供的省時(shí)和節(jié)能優(yōu)勢(shì)。
文章摘自英特爾精英匯
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