hpc知识介绍以及实战

Hpc 相关知识介绍

什么是 HPC

高性能计算（High-performance computing，HPC）是一个计算机集群系统，它通过

各种互联技术将多个计算机系统连接在一起，利用所有被连接系统的综合计算能力来

处理大型计算问题，所以又通常被称为高性能计算集群。

HPC 的业务特点

科学研究、气象预报、仿真实验、生物制药、基因测序、图像处理等行业都涉及高性

能计算集群来解决大型计算问题，管理节点对计算任务进行分解，交给不同的计算节

点完成计算。

各种业务场景下，因数据处理量、计算任务关联关系等不同，对计算能力、存储效

率、网络带宽及时延要求有各自侧重。

HPC 的应用场景

HPC 提供了超高浮点计算能力解决方案，可用于解决计算密集型、海量数据处理等业

务的计算需求，如科学研究、气象预报、计算模拟、军事研究、CAD/CAE、生物制

药、基因测序、图像处理等，缩短需要的大量计算时间，提高计算精度

HPC 的计算

高性能集群上运行的应用程序一般使用并行算法，把一个大的普通问题根据一定

的规则分为许多小的子问题，在集群内的不同节点上进行计算，而这些小问题的处理

结果，经过处理可合并为原问题的最终结果。由于这些小问题的计算一般是可以并行

完成的，从而可以缩短问题的处理时间。

高性能集群在计算过程中，各节点是协同工作的，它们分别处理大问题的一部分，

并在处理中根据需要进行数据交换，各节点的处理结果都是最终结果的一部分。高性

能集群的处理能力与集群的规模成正比，是集群内各节点处理能力之和。

HPC 与云服务的关系

HPC 的分类

当前 HPC 的主要构架为集群和 MPP（Massive Parallel Processor，大规模并行处理计算机）。

典型的 HPC 集群系统主要由五类计算（或网络）设备和三类网络组成。

五类设备主要指管理节点及登录节点、计算节点（瘦节点和胖节点）、交换设备、I/O

节点和储存设备。另外，当前很多高性能服务器都采用 CPU+加速处理器异构的方式，因此

有些高效能集群系统还包括加速节点

1. 用户节点（也称为登录节点）：给用户用的计算机。用户通过它使用HPC集群，相当于入口

1. 管理节点：管理HPC集群的计算机。它监控各节点的运行状况

3、计算节点：执行计算任务的计算机。它分为两种：瘦节点（计算能力弱）和胖节点（计算能力强）。

4、异构节点：同时使用CPU和GPU的计算节点。（其中GPU又称加速器）

5. 交换设备：负责节点间信息和数据的传输。（也就是交换机）

6.  I/O设备：负责存储需计算的数据和计算完毕的数据

HPC 的网络选择

管理网络：用于管理节点和各计算节点、IO设备的互连。

管理网络所连接的机器是集群内部的本地机器，所以高带宽和低延迟都不需要，选用千兆以太网。

计算网络（又称IPC网络）：用于各计算节点间的互连，是并行任务执行时的进程间通信的专用网络，要求延迟小、带宽大，一般选用千兆以太网、IB (InfiniBand) 网络或万兆以太网等。

存储网络：用来访问公用I/O设备的网络。

Hpc实战

1、用户节点：登录

一台普通的家用PC就行，用不到题目提供的服务器。

图示为：

2、管理节点：

现代服务器通常管理节点可以和计算节点合并。

图示为：

3、计算节点：

瘦节点：每一个瘦节点使用一台浪潮NF5280M5服务器来充当。

胖节点：每一个胖节点使用一台浪潮NF5280M5服务器加装若干GPU来充当。（异构节点）

图示为：

交换设备：两台交换机：GbE switch 和 FDR-IB switch。

GbE switch（千兆交换机）：负责管理节点和各计算节点的互连。也就是说，通过该交换机构建的网络是管理网络。

FDR-IB switch（ FDR-IB 交换机）：负责各计算节点间的互连。也就是说，通过该交换机构建的网络是计算网络。

图示为：