HPC（高性能計(jì)算機(jī)群）

概述：

　　HPC是高性能計(jì)算(High Performance Computing)機(jī)群的簡(jiǎn)稱(chēng)。指能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無(wú)法處理的大資料量與高速運(yùn)算的電腦，其基本組成組件與個(gè)人電腦的概念無(wú)太大差異，但規(guī)格與性能則強(qiáng)大許多。現(xiàn)有的超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度大都可以達(dá)到每秒一兆（萬(wàn)億，非百萬(wàn)）次以上。“超級(jí)計(jì)算”（supercomputing）這名詞第一次出現(xiàn)，是在1929年《紐約世界報(bào)》關(guān)于IBM為哥倫比亞大學(xué)建造大型報(bào)表基（tabulator）的報(bào)導(dǎo)。

高性能計(jì)算機(jī)群：

　　綜述

　　高性能計(jì)算（High Performance Computing）機(jī)群，簡(jiǎn)稱(chēng)HPC機(jī)群。構(gòu)建高性能計(jì)算系統(tǒng)的主要目的就是提高運(yùn)算速度，要達(dá)到每秒萬(wàn)億次級(jí)的計(jì)算速度，對(duì)系統(tǒng)的處理器、內(nèi)存帶寬、運(yùn)算方式、系統(tǒng)I/O、存儲(chǔ)等方面的要求都十分高，這其中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都將直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)算速度。這類(lèi)機(jī)群主要解決大規(guī)模科學(xué)問(wèn)題的計(jì)算和海量數(shù)據(jù)的處理，如科學(xué)研究、氣象預(yù)報(bào)、計(jì)算模擬、軍事研究、CFD/CAE、生物制藥、基因測(cè)序、圖像處理等等。信息服務(wù)機(jī)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(shū)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(shí)現(xiàn)方式上分，還可以分為負(fù)載均衡機(jī)群、高可用機(jī)群等。簡(jiǎn)單的說(shuō)，高性能計(jì)算（High Performance Computing）是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，研究并行算法和開(kāi)發(fā)相關(guān)軟件，致力于開(kāi)發(fā)高性能計(jì)算機(jī)（High Performance Computer）。隨著信息化社會(huì)的飛速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)信息處理能力的要求越來(lái)越高，不僅石油勘探、氣象預(yù)報(bào)、航天國(guó)防、科學(xué)研究等需求高性能計(jì)算機(jī)，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?jì)算的需求迅猛增長(zhǎng)。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(gè)節(jié)點(diǎn)在線(xiàn)時(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)客戶(hù)機(jī)提供資源，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的容量被定義好，使得性能達(dá)到最優(yōu)，并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以在故障轉(zhuǎn)移時(shí)臨時(shí)接管另一個(gè)節(jié)點(diǎn)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(huì)下降。

　　主/從（Active/passive）為了提供最大的可用性，以及對(duì)性能最小的影響，Active/passive模型需要一個(gè)在正常工作時(shí)處于備用狀態(tài)，主節(jié)點(diǎn)處理客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求，而備用節(jié)點(diǎn)處于空閑狀態(tài)，當(dāng)主節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，備用節(jié)點(diǎn)會(huì)接管主節(jié)點(diǎn)的工作，繼續(xù)為客戶(hù)機(jī)提供服務(wù)，并且不會(huì)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(duì)關(guān)鍵應(yīng)用進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移，這樣可以對(duì)這些應(yīng)用實(shí)現(xiàn)可用性的同時(shí)讓非關(guān)鍵的應(yīng)用在正常運(yùn)作時(shí)也可以在服務(wù)器上運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，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(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)可用的節(jié)點(diǎn)上，從而達(dá)到性能和容錯(cuò)兩方面的平衡。
 

高性能計(jì)算集群應(yīng)用程序性能優(yōu)化：

高性能計(jì)算集群選擇適合的內(nèi)存

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

　　高性能計(jì)算集群系統(tǒng)依賴(lài)于DIMM模塊，因?yàn)楦咝阅苡?jì)算集群是針對(duì)并行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。

　　高性能計(jì)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(jì)算集群在處理較大型工作負(fù)載時(shí)，無(wú)緩沖DIMM速度快、廉價(jià)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(jì)算集群對(duì)內(nèi)存控制器的電氣壓力小。高性能計(jì)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(jì)算集群能提供高內(nèi)存速度，降低服務(wù)器內(nèi)存總線(xiàn)的負(fù)載，而且功耗更低。

高性能計(jì)算集群升級(jí)設(shè)施

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

　　高性能計(jì)算集群系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)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(jì)算集群只能在很小的范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展，高性能計(jì)算集群限制了未來(lái)增長(zhǎng)。HPC定制可以保持一個(gè)開(kāi)放式的設(shè)計(jì)，讓企業(yè)在將來(lái)獲得更好的擴(kuò)展功能。然而，高性能計(jì)算集群額外的功能對(duì)于定制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一筆不小的代價(jià)，比購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)成高性能計(jì)算集群系統(tǒng)要高得多。

高性能計(jì)算集群系統(tǒng)一致

　　高性能計(jì)算集群系統(tǒng)初次上線(xiàn)時(shí)，高性能計(jì)算集群所有的配置都很完美，但隨著時(shí)間流逝，高性能計(jì)算集群配置會(huì)變得不一致。

　　高性能計(jì)算集群中出現(xiàn)不一致，高性能計(jì)算集群管理員可能會(huì)看到一些零星的異常貨變化，高性能計(jì)算集群影響應(yīng)用程序性能?？紤]到潛在的性能，IT部門(mén)需要實(shí)施策略來(lái)確認(rèn)高性能計(jì)算集群系統(tǒng)中都運(yùn)行著什么應(yīng)用程序， 并想辦法讓高性能計(jì)算集群配置同步。這些高性能計(jì)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(jì)算集群能耗

　　高性能計(jì)算集群在過(guò)去15年中，高性能計(jì)算集群能源成本隨著高性能計(jì)算密度增加而急劇上升?，F(xiàn)在高性能計(jì)算集群普通的服務(wù)器開(kāi)銷(xiāo)為每機(jī)柜30kw，高性能計(jì)算集群這個(gè)數(shù)字還在不斷上升。由于高性能計(jì)算集群高密度，高性能計(jì)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(jì)算集群冷卻系統(tǒng)變得至關(guān)重要。

　　在高性能計(jì)算集群數(shù)據(jù)中心，高性能計(jì)算集群高電壓電直接供給到機(jī)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(jì)算集群利用節(jié)能型泵取代了嘈雜、低效率的風(fēng)扇。