依托浪潮建造的重慶市最快超級(jí)計(jì)算機(jī),中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院(以下簡稱“重慶研究院”)完成了區(qū)域覆蓋面積超500萬平方公里、水平分辨率達(dá)1Km*1Km的高分辨率數(shù)值天氣預(yù)報(bào),為氣象業(yè)務(wù)提供了更加精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品,達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先國際先進(jìn)的水平。并且這套超算冷卻效率超過95%,將能耗降低20%,PUE值低至1.4,實(shí)現(xiàn)了高性能與低能耗的融合,加快綠色三峽、精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)、新材料、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等各類環(huán)保與高新技術(shù)項(xiàng)目研究。

重慶研究院是中國科學(xué)院、國務(wù)院三峽辦（前）、重慶市人民政府三方共建的中國科學(xué)院直屬科研機(jī)構(gòu)，下設(shè)電子信息技術(shù)研究所、智能制造技術(shù)研究所、三峽生態(tài)環(huán)境研究所、生物醫(yī)藥與健康研究所（籌）。電子信息技術(shù)研究所下屬的高性能計(jì)算應(yīng)用研究中心擁有和運(yùn)維重慶市最快超級(jí)計(jì)算機(jī)，同時(shí)，該中心圍繞數(shù)值計(jì)算、模擬仿真、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域開展應(yīng)用技術(shù)研究。
 

重慶研究院

在“高質(zhì)量發(fā)展”的新時(shí)代要求下，保護(hù)環(huán)境就是保持發(fā)展活力，改善環(huán)境就是筑牢發(fā)展根基。重慶研究院作為支撐性的科研機(jī)構(gòu)，需要為政府的綠色發(fā)展提供有力的科學(xué)決策依據(jù)。為此，重慶研究院在建院初期決定建設(shè)一套超算系統(tǒng)以更好的支持環(huán)保、智能與高新技術(shù)科研項(xiàng)目。
 

氣象模擬和防災(zāi)減災(zāi)是這套計(jì)算集群的核心應(yīng)用，其需要融合多源觀測(cè)數(shù)據(jù)、調(diào)整不同參數(shù)化化方案才能為暴雨等災(zāi)害的形成原因進(jìn)行分析、對(duì)天氣進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，便于人們出行。這套超算還承擔(dān)著大規(guī)模DNA計(jì)算、新材料物理化學(xué)性質(zhì)模擬、工業(yè)設(shè)計(jì)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等重要科研創(chuàng)新，以及“大規(guī)模自適應(yīng)智能視覺分析系統(tǒng)”、“自動(dòng)推理中的計(jì)算理論及應(yīng)用技術(shù)”、“神經(jīng)肌-械耦合系統(tǒng)理論及應(yīng)用”等AI前沿科研與應(yīng)用項(xiàng)目。
 

這些應(yīng)用對(duì)計(jì)算性能的要求非常高，為了支持這些應(yīng)用，重慶研究院的超算系統(tǒng)超過10000個(gè)CPU計(jì)算核心，存儲(chǔ)系統(tǒng)空間達(dá)到2PB，目前為重慶市規(guī)模最大、速度最快的超算服務(wù)平臺(tái)。如此大規(guī)模超算平臺(tái)的運(yùn)維將是一筆高昂的費(fèi)用，如何降低運(yùn)維成本成為重慶研究院的重要關(guān)注點(diǎn)。
 

冷卻效率超過95%！浪潮HPC凸顯綠色
 

為了滿足用戶需求，浪潮構(gòu)建的高性能計(jì)算集群采取刀片+胖節(jié)點(diǎn)+高速IB網(wǎng)絡(luò)的解決方案，峰值計(jì)算性能超百萬億次，同時(shí)采用水冷方案，相比傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)能20%以上，使PUE值（power usage effectiveness，能源利用效率）相比傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)房的2-3降低到1.4左右，實(shí)現(xiàn)了綠色超算，做到了高性能與低能耗的融合。
 

浪潮高性能計(jì)算集群

全密閉水冷，冷卻效率超95%：采用IT數(shù)據(jù)中心專用風(fēng)冷冷水機(jī)組，內(nèi)置自然冷卻模塊，利用水側(cè)自然冷卻實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，可以適應(yīng)冬季時(shí)的極低氣溫環(huán)境，水冷相對(duì)于風(fēng)冷方式，具有綠色環(huán)保，能效比高的優(yōu)勢(shì)，制冷效率可達(dá)風(fēng)冷的8倍以上，不僅大大的節(jié)省了用戶的空間，也可以優(yōu)化用戶的成本。整體制冷方案采用密閉機(jī)柜級(jí)制冷，冷卻效率超過95%。
 

高密度、高擴(kuò)展：在高性能計(jì)算中，為了節(jié)省空間、降低能耗、簡化管理，采用刀片服務(wù)器已是大勢(shì)所趨。浪潮為重慶研究院設(shè)計(jì)構(gòu)建的計(jì)算集群采用浪潮NX5440M4服務(wù)器，在8U的空間內(nèi)可擴(kuò)展20個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，超高的計(jì)算密度為用戶后期擴(kuò)展帶來方便。
 

更高效率、更低延遲：若把強(qiáng)大的計(jì)算資源比作“資源倉庫”，有了高速便捷無擁堵的“路”，才能把資源利用到極致。浪潮提供的648口全線速無阻塞核心Infiniband交換機(jī)，把一個(gè)個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)連接起來，組成計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。更高的速率，更低的延遲，讓澎湃的計(jì)算力得到充分的發(fā)揮。
 

更高分辨率、更大規(guī)模天氣預(yù)報(bào)
 

除了提供高性能、低能耗的超算系統(tǒng)，浪潮還幫助重慶市氣象科學(xué)研究所和重慶研究院院的氣象專家改進(jìn)和優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)了更高精度、更大規(guī)模的氣象數(shù)值預(yù)報(bào)。
 

重慶市氣象科學(xué)研究所和美國風(fēng)暴分析與預(yù)測(cè)中心（CAPS）聯(lián)合建設(shè)的最高分辨率為3km高分辨數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)在該超算系統(tǒng)中日常運(yùn)行，其產(chǎn)品提供給重慶市氣象臺(tái)預(yù)報(bào)員參考，這套系統(tǒng)的建設(shè)有助于提高重慶及周邊復(fù)雜地形條件下的天氣預(yù)報(bào)能力，特別是災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)能力。系統(tǒng)應(yīng)用了主流的非靜力平衡中尺度模式WRF模式作為預(yù)報(bào)核心，運(yùn)行包括11個(gè)成員的集合預(yù)報(bào)以體現(xiàn)大氣混沌特性帶來天氣過程特別是災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)不確定性，3km分辨率區(qū)域以重慶為中心，基本覆蓋重慶周邊省市。該系統(tǒng)包括兩個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)為中尺度集合預(yù)報(bào)子系統(tǒng)，提供未來三天的預(yù)報(bào)，另一個(gè)部分為快速更新同化預(yù)報(bào)子系統(tǒng)，通過業(yè)務(wù)上先進(jìn)的雷達(dá)同化系統(tǒng)ARPS變分同化系統(tǒng)實(shí)時(shí)同化重慶及周邊的雷達(dá)以提高2~12小時(shí)預(yù)報(bào)能力。預(yù)報(bào)系統(tǒng)包含前處理、同化、預(yù)報(bào)、后處理模塊，每個(gè)預(yù)報(bào)成員分配一定數(shù)量計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算，中尺度集合預(yù)報(bào)子系統(tǒng)計(jì)算總耗時(shí)在2.5小時(shí)左右，快速同化更新預(yù)報(bào)子系統(tǒng)計(jì)算總耗時(shí)在0.5小時(shí)左右。
 

浪潮氣象領(lǐng)域高性能計(jì)算專家在該預(yù)報(bào)系統(tǒng)的之前預(yù)報(bào)范圍基礎(chǔ)上增加了一層嵌套區(qū)域，將水平分辨率提高到1km，并可預(yù)報(bào)4天的天氣過程。這一改動(dòng)將增加運(yùn)算的復(fù)雜度，而且計(jì)算規(guī)模也隨之大增。經(jīng)過浪潮專家的深入并行優(yōu)化，使用浪潮超級(jí)計(jì)算機(jī)可將運(yùn)算耗時(shí)控制在2.5小時(shí)，不僅能夠給出更高分辨率的預(yù)報(bào)結(jié)果，而且還能滿足預(yù)報(bào)的時(shí)效性。
 

與此同時(shí)這套超算系統(tǒng)完成了水平位網(wǎng)格數(shù)為2400*2100的1km高分辨率數(shù)值模擬，覆蓋范圍達(dá)到504萬平方公里，超過中國一半以上的國土面積。在這一超大規(guī)模預(yù)報(bào)模式下，浪潮專家成功將并行規(guī)模擴(kuò)展到8192處理器核心上，并達(dá)到近乎線性的加速效率，預(yù)報(bào)12小時(shí)運(yùn)行時(shí)間耗時(shí)大約2.4小時(shí)。
 

在低消耗的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)出、低排放是高質(zhì)量發(fā)展的基本要求。重慶研究院借助浪潮提供的綠色解決方案，在提供計(jì)算性能的同時(shí)降低了能耗，實(shí)現(xiàn)了綠色超算，將成為新時(shí)期超算中心建設(shè)的“樣板”，引領(lǐng)重慶市高質(zhì)量發(fā)展。

標(biāo)簽： 浪潮 超級(jí)計(jì)算機(jī) 

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