解決方案

以客戶為中心,提供定制化或一站式的全棧解決方案,賦能千行百業

寶德高性能計算之氣象、海洋和環境模式解決方案
項目背景

近年來,由于地球環境的不斷惡化,極端天氣頻發,海洋環境遭到嚴重污染,自然氣象災害的增多,對氣象預報、海洋領域業務提出更高、更旺盛的需求。天氣氣候預報的數值預測模式日益成熟,關于海洋環境領域的研究也越來越受到重視,高性能計算機處理能力也越來越高,將高性能計算機應用于氣候、海洋、環境領域模式可以實現對其模式的最佳提升,目前,高性能計算機早已成為開展氣候、海洋環境等數值模擬業務和科學研究所必須的基礎工具。寶德為氣象、海洋領域提供硬件服務全方位的解決方案。

方案介紹

針對氣象、海洋領域模式的主要特點 :浮點計算量大、通信密集、要求系統具有高穩定性和高I O吞吐能力。寶德高性能計算機系統區別于傳統的集群高性能計算機,在如上幾個方面進行了強化設計。  寶德PR6010P刀片服務器和PR2750P機架服務器采用Intel C624高性能芯片組處理器架構,處理能力 高達1.2Tf lops,具有強大的計算能力。 網絡系統方面采用單向56Gb s高速FDR Infiniband作為通信網絡以解決中大規模系統中的網絡壓力問題, Infiniband網絡是當今業界最成熟的通用高速網絡,在目前TOP500的大型集群系統中占據著絕對主流。為保證應用的數據訪問的性能和安全,在存儲硬件方面,寶德提供企業級FC-SAN存儲系統,專業的企業級磁 盤、功能強大的存儲管理軟件以及模塊化結構為用戶快速、簡便和動態響應不斷變化的容量和性能要求提供 了前所未有的靈活性。

方案解析

計算量大:中尺度氣象預報模式(MM5、WRF、GRAPES和AREMS),物理海洋模式如ROMs、Fvcom等都有非常大的計算量,預報精度提高一倍,其所需計算量將成幾何級上漲。目前上文提到的絕大部分預報模式都已經完成了并行化 ,如中尺 度 預報 模 式 的MM5、WRF既支持MPI消 息傳 遞 并行 ,又支持OpenMP共享存儲并行 ,也支持MPI+OpenMP的混合運行模式。海洋模式中的FVCOM、ROMS、POM、HYCOM等等,環境模式中的CMAQ、CCSM3、 CAM等等均支持高性能計算,并具有良好的可擴展性。

通訊密集:由于這些模式都是并行軟件,同時一般都采用有限差分格點模式并行計算,所以運行這些預報模式時,各個 CPU之間的通訊量很大,模式對通訊的性能要求非常高。如氣象中尺度預報模式MM5、WRF的通訊既包括母域 和嵌套域之間的域間通訊,又有各個域內部不同數據劃分之間的通訊。所以這就要求高性能計算機有高性能 的通訊網絡。

對系統IO性能要求高:海洋模式如物理海洋和海洋地質領域的程序大都對整個系統的IO性能有較高要求,一般要求有分布式IO或者 并行文件系統,否則可能很難有太好的加速比。

規范的模式系統化集成:氣象、海洋、環境領域模式從軟件的處理流程上看,一般分為前處理、主模式和后處理三個過程。前處理包 括資料的傳輸下載、數據同化等等,后處理主要是指圖形化處理生成產品等,前/后處理一般對計算機要求不是太高。主模式是整個系統的主要部分,也是主要計算量所在,這個部分是對計算機性能要求較高,整個模式系統從前處理到主模式然后到后處理這樣的流程運行下來也需要系統具有較高的穩健性,所以優秀的模 式軟件應用專家支持及硬件級的系統技術支持均對模式的良好使用也是關鍵。  對于構建一個針對氣象、海洋的高性能計算系統,在選擇基礎硬件環境時,以下四點是非常重要的。

1、高性能,特別是浮點處理性能

2、高性能網絡環境

3、高性能的分布IO或者并行文件系統

4、系統的高穩健性

方案優勢
  • 高適用

    該方案采用寶德可擴展系列高性能計算機系統,寶德PR2750P是寶德公司在2018年推出 的跨時代的高性能計算機產品,它不僅在眾多方面超越了傳統的集群式高性能計算機,具有高穩定 、高可用、高擴展、高密度、高性能的特點,適用于各類氣象、海洋部門。

  • 高性能

    整個系統浮點計算理論峰值可以達到7.6萬億次以上 ;計算模塊間采用56Gbps 高速Infiniband互聯,端到端延遲小于1.2us,優于市場上的所有的商品化高速互聯網絡。

  • 高穩定

    所有關鍵部件上,如電源、硬盤以及網絡等都做到了冗余設計,是保證程序模式高穩定性運行的保證

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