高性能計(jì)算(HPC) 指通常使用很多處理器(作為單個機(jī)器的一部分)或者某一集群中組織的幾臺計(jì)算機(jī)(作為單個計(jì)算資源操作)的計(jì)算系統(tǒng)和環(huán)境。高性能集群上運(yùn)行的應(yīng)用程序一般使用并行算法，把一個大的普通問題根據(jù)一定的規(guī)則分為許多小的子問題，在集群內(nèi)的不同節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算，而這些小問題的處理結(jié)果，經(jīng)過處理可合并為原問題的最終結(jié)果。由于這些小問題的計(jì)算一般是可以并行完成的，從而可以縮短問題的處理時(shí)間。

高性能集群在計(jì)算過程中，各節(jié)點(diǎn)是協(xié)同工作的，它們分別處理大問題的一部分，并在處理中根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，各節(jié)點(diǎn)的處理結(jié)果都是最終結(jié)果的一部分。高性能集群的處理能力與集群的規(guī)模成正比，是集群內(nèi)各節(jié)點(diǎn)處理能力之和，但這種集群一般沒有高可用性。高性能計(jì)算的分類方法很多。這里從并行任務(wù)間的關(guān)系角度來對高性能計(jì)算分類。

一、高吞吐計(jì)算(High-throughput Computing)

有一類高性能計(jì)算，可以把它分成若干可以并行的子任務(wù)，而且各個子任務(wù)彼此間沒有什么關(guān)聯(lián)。因?yàn)檫@種類型應(yīng)用的一個共同特征是在海量數(shù)據(jù)上搜索某些特定模式，所以把這類計(jì)算稱為高吞吐計(jì)算。所謂的Internet計(jì)算都屬于這一類。按照Flynn的分類，高吞吐計(jì)算屬于SIMDSingle Instruction/Multiple Data，單指令流-多數(shù)據(jù)流)的范疇。

二、分布計(jì)算(Distributed Computing)

另一類計(jì)算剛好和高吞吐計(jì)算相反，它們雖然可以給分成若干并行的子任務(wù)，但是子任務(wù)間聯(lián)系很緊密，需要大量的數(shù)據(jù)交換。按照Flynn的分類，分布式的高性能計(jì)算屬于MIMD(Multiple Instruction/Multiple Data，多指令流-多數(shù)據(jù)流)的范疇。

有許多類型的HPC 系統(tǒng)，其范圍從標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的大型集群，到高度專用的硬件。大多數(shù)基于集群的HPC系統(tǒng)使用高性能網(wǎng)絡(luò)互連，基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜徒M織可以使用一個簡單的總線拓?fù)?。HPC系統(tǒng)由計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、集群軟件四部分組成。

高性能計(jì)算HPC系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)是什么?

HPC系統(tǒng)目前主流處理器是X86處理器，操作系統(tǒng)是linux 系統(tǒng)(包括Intel、AMD、NEC、Power、PowerPC、Sparc等)、構(gòu)建方式采用刀片系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)使用IB和10GE。

高性能計(jì)算HPC集群中計(jì)算節(jié)點(diǎn)一般 分3種: MPI節(jié)點(diǎn)、胖節(jié)點(diǎn)、GPU加速節(jié)點(diǎn)。雙路節(jié)點(diǎn)稱為瘦節(jié)點(diǎn)(MPI節(jié)點(diǎn))，雙路以上稱為胖節(jié)點(diǎn);胖節(jié)點(diǎn)配置大容量內(nèi)存;集群中胖節(jié)點(diǎn)的數(shù)量要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求而定。

GPU英文全稱Graphic Processing Unit，中文翻譯為圖形處理器。 在浮點(diǎn)運(yùn)算、并行計(jì)算等部分計(jì)算方面，GPU可以提供數(shù)十倍乃至于上百倍于CPU的性能。目前GPU廠家只有三家NVIDIA GPU、AMD GPU和Intel Xeon PHI?？蛇x擇的GPU種類比較少。

NVIDIA 的GPU卡分圖形卡和計(jì)算卡，圖形卡有NVIDA K2000與K4000，計(jì)算卡K20X/K40M/K80 。

Intel 的GPU是Intel Xeon Phi 系列，屬于計(jì)算卡，主要產(chǎn)品有Phi 5110P 、Phi 3210P、Phi 7120P、Phi 31S1P。

AMD 的GPU是圖形和計(jì)算合一，主要產(chǎn)品有W5000、W9100、S7000、S9000、S10000。

高性能計(jì)算的性能指標(biāo)怎樣衡量?

CPU的性能計(jì)算公式: 單節(jié)點(diǎn)性能=處理器主頻*核數(shù)*單節(jié)點(diǎn)CPU數(shù)量*單周期指令數(shù)。單周期指令數(shù)=8(E5-2600/E5-2600 v2/E7-4800 v2)或16(E5-2600 v3);節(jié)點(diǎn)數(shù)量=峰值浮點(diǎn)性能需求/單節(jié)點(diǎn)性能。

時(shí)延( 內(nèi)存和磁盤訪問延時(shí))是計(jì)算的另一個性能衡量指標(biāo)，在HPC系統(tǒng)中，一般時(shí)延要求如下:

一個MFlops等于每秒一佰萬(=10^6)次的浮點(diǎn)運(yùn)算;

一個GFlops等于每秒拾億(=10^9)次的浮點(diǎn)運(yùn)算;

一個TFlops等于每秒一萬億(=10^12)次的浮點(diǎn)運(yùn)算，(1太拉);

一個PFlops等于每秒一千萬億(=10^15)次的浮點(diǎn)運(yùn)算;

一個EFlops等于每秒一佰京(=10^18)次的浮點(diǎn)運(yùn)算。

測試工具—Linpack HPC是什么?

Linpack HPC 是性能測試工具。LINPACK是線性系統(tǒng)軟件包(Linear system package) 的縮寫， 主要開始于 1974 年 4 月， 美國Argonne 國家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用數(shù)學(xué)所主任 Jim Pool， 在一系列非正式的討論會中評估，建立一套專門解線性系統(tǒng)問題之?dāng)?shù)學(xué)軟件的可能性。

業(yè)界還有其他多種測試基準(zhǔn)，有的是基于實(shí)際的應(yīng)用種類如TPC-C，有的是測試系統(tǒng)的某一部分的性能，如測試硬盤吞吐能力的IOmeter，測試內(nèi)存帶寬的stream。

至目前為止， Linpack 還是廣泛地應(yīng)用于解各種數(shù)學(xué)和工程問題。也由于它高效率的運(yùn)算， 使得其它幾種數(shù)學(xué)軟件例如IMSL、MatLab紛紛加以引用來處理矩陣問題，所以足見其在科學(xué)計(jì)算上有舉足輕重的地位。

Linpack現(xiàn)在在國際上已經(jīng)成為最流行的用于測試高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)浮點(diǎn)性能的Benchmark。通過利用高性能計(jì)算機(jī)，用高斯消元法求解N元一次稠密線性代數(shù)方程組的測試，評價(jià)高性能計(jì)算機(jī)的浮點(diǎn)性能。

雙列直插式內(nèi)存(DIMM)有幾種類型?

雙列直插式內(nèi)存(DIMM)包括UDIMM內(nèi)存、RDIMM內(nèi)存和LRDIMM內(nèi)存三種DIMM內(nèi)存可用類型。

在處理較大型工作負(fù)載時(shí)，無緩沖DIMM( UDIMM )速度快、廉價(jià)但不穩(wěn)定。

寄存器式DIMM( RDIMM )內(nèi)存穩(wěn)定、擴(kuò)展性好、昂貴，而且對內(nèi)存控制器的電氣壓力小。它們同樣在許多傳統(tǒng)服務(wù)器上使用。

降載 DIMM( LRDIMM )內(nèi)存是寄存器式內(nèi)存( RDIMM )的替代品，它們能提供高內(nèi)存速度，降低服務(wù)器內(nèi)存總線的負(fù)載，而且功耗更低。LRDIMM內(nèi)存成本比 RDIMM內(nèi)存高非常多，但在高性能計(jì)算架構(gòu)中十分常見。

非易失雙列直插式內(nèi)存NVDIMM是什么?

NVDIMM由BBU(Battery Backed Up) DIMM演變而來。BBU采用后備電池以維持普通揮發(fā)性內(nèi)存中的內(nèi)容幾小時(shí)之久。但是，電池含有重金屬，廢棄處置和對環(huán)境的污染，不符合綠色能源的要求。由超級電容作為動力源的NVDIMM應(yīng)運(yùn)而生。并且NVDIMM使用非揮發(fā)性的Flash存儲介質(zhì)來保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)能夠保存的時(shí)間更長。

主流高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)類型有哪些?

InfiniBand架構(gòu)是一種支持多并發(fā)鏈接的“轉(zhuǎn)換線纜”技術(shù)，InfiniBand技術(shù)不是用于一般網(wǎng)絡(luò)連接的，它的主要設(shè)計(jì)目的是針對服務(wù)器端的連接問題的。因此，InfiniBand技術(shù)將會被應(yīng)用于服務(wù)器與服務(wù)器(比如復(fù)制，分布式工作等)，服務(wù)器和存儲設(shè)備(比如SAN和直接存儲附件)以及服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)之間(比如LAN，WANs和互聯(lián)網(wǎng))的通信。高性能計(jì)算HPC系統(tǒng)為什么要使用IB互聯(lián)?主要原因是IB協(xié)議棧簡單，處理效率高，管理簡單，對RDMA支持好，功耗低，時(shí)延低。

目前只有Mexllaon、Intel、Qlogic提供IB產(chǎn)品，Mexllaon是主要玩家，處于主導(dǎo)地位， IB目前支持FDR和QDR、EDR。

Host Channel Adapters (HCA)是IB連接的設(shè)備終結(jié)點(diǎn)，提供傳輸功能和Verb接口;Target Channel Adapters (TCA)是HCA的子集，基本上用于存儲。

RDMA(Remote Direct Memory Access)技術(shù)全稱遠(yuǎn)程直接數(shù)據(jù)存取，就是為了解決網(wǎng)絡(luò)傳輸中服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理的延遲而產(chǎn)生的。RDMA通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)直接傳入計(jì)算機(jī)的存儲區(qū)，將數(shù)據(jù)從一個系統(tǒng)快速移動到遠(yuǎn)程系統(tǒng)存儲器中，實(shí)現(xiàn)Zero Copy。

高性能計(jì)算的靈魂—并行文件系統(tǒng)

TOP500 HPC系統(tǒng)中存儲主要使用分布式文件系統(tǒng)，分布式文件系統(tǒng)(Distributed File System)可以有效解決數(shù)據(jù)的存儲和管理難題: 將固定于某個地點(diǎn)的某個文件系統(tǒng)，擴(kuò)展到任意多個地點(diǎn)/多個文件系統(tǒng)，眾多的節(jié)點(diǎn)組成一個文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。每個節(jié)點(diǎn)可以分布在不同的地點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。人們在使用分布式文件系統(tǒng)時(shí)，無需關(guān)心數(shù)據(jù)是存儲在哪個節(jié)點(diǎn)上、或者是從哪個節(jié)點(diǎn)從獲取的，只需要像使用本地文件系統(tǒng)一樣管理和存儲文件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。

分布式文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于客戶機(jī)/服務(wù)器模式。一個典型的網(wǎng)絡(luò)可能包括多個供多用戶訪問的服務(wù)器。當(dāng)前主流的分布式文件系統(tǒng)包括: Lustre、Hadoop、MogileFS、FreeNAS、FastDFS、NFS、OpenAFS、MooseFS、pNFS、以及GoogleFS等，其中Lustre、GPFS是HPC最主流的。

文章標(biāo)題：什么是高性能計(jì)算，涉及哪些技術(shù)和知識呢？
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