曙光超級(jí)服務(wù)器的研制

國(guó)家智能計(jì)算機(jī)研究開發(fā)中心（簡(jiǎn)稱智能中心）是為實(shí)現(xiàn)國(guó)家高技術(shù)計(jì)劃而組建的研究開發(fā)實(shí)體，其宗旨是發(fā)展計(jì)算機(jī)高技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)化，主要從事高性能計(jì)算機(jī)和超級(jí)服務(wù)器的研究與開發(fā)。 

智能中心從成立至今已先后研制開發(fā)出了曙光一號(hào)全對(duì)稱多處理機(jī)系統(tǒng)，曙光1000大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，曙光2000-I大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，曙光2000-II大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，曙光天羅天聯(lián)系統(tǒng)，曙光NT機(jī)群系統(tǒng)，曙光高可用系統(tǒng)等一批高技術(shù)成果。其中曙光一號(hào)獲1994年中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)，1995年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，并被寫入94年全國(guó)人大政府工作報(bào)告；曙光1000大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，獲1996年中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，1997年國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。 

目前，智能中心擁有科研人員50多人，主要承擔(dān)國(guó)家863重大項(xiàng)目曙光3000的研制任務(wù)，同時(shí)從事曙光系列產(chǎn)品的產(chǎn)品化工作。 

曙光1000大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)


曙光1000大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱曙光1000)是國(guó)家863高技術(shù)計(jì)劃取得的重大成果。它于1995年5月通過了由國(guó)家科委組織的國(guó)家級(jí)鑒定。曙光1000是繼曙光一號(hào)計(jì)算機(jī)以后我國(guó)高性能計(jì)算機(jī)方面的又一里程碑，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)研制的最高水平的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它突破了一大批大規(guī)模并行處理(MPP)的關(guān)鍵技術(shù)，使中國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)能研制和生產(chǎn)大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的國(guó)家之一。曙光1000在整體上達(dá)到了九十年代前期的國(guó)際先進(jìn)水平，某些技術(shù)達(dá)到了當(dāng)時(shí)的國(guó)際領(lǐng)先水平。曙光1000的研制成功不但具有重大的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且產(chǎn)生了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。主要技術(shù)指標(biāo)： 

浮點(diǎn)峰值計(jì)算速度為：?jiǎn)尉让棵?5.6億次，雙精度每秒19.2億次。實(shí)際運(yùn)算速度已達(dá)每秒15.8億次。 
內(nèi)存容量：1024兆字節(jié)；磁盤容量：5GB~50GB。 
結(jié)點(diǎn)機(jī)36個(gè)，可擴(kuò)充到72，144，甚至更多結(jié)點(diǎn)。 
采用基于蛀洞(Wormhole)機(jī)制的2D-Mesh通訊網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)總通訊容量為4.8GB/S 
結(jié)點(diǎn)機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的通訊總帶寬：2.8GB/S。支持C、C++和Fortran，提供并行優(yōu)化重構(gòu)工具PORT、程序自動(dòng)并行化工具AutoPar、并行用戶程序運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視和分析工具 ParaVision，以及結(jié)點(diǎn)內(nèi)源碼級(jí)和目標(biāo)碼級(jí)優(yōu)化工具。 
基于UNIX的并行分布式操作系統(tǒng)。 
提供并行編程和運(yùn)行環(huán)境EXPRESS、PVM、MPI、NX和P4。 
并行程序調(diào)試環(huán)境NDB(源碼級(jí))和ADB(匯編級(jí))。 
多媒體聯(lián)機(jī)教學(xué)與幫助系統(tǒng)。 
部分應(yīng)用軟件。包括并行數(shù)值天氣預(yù)報(bào)軟件和石油地震數(shù)據(jù)處理軟件。所有系統(tǒng)軟件和用戶環(huán)境均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 
曙光2000-II超級(jí)服務(wù)器 

曙光2000-II系統(tǒng)是國(guó)家863計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程的重大成果，于2000年1月通過了國(guó)家科學(xué)技術(shù)部主持的國(guó)家級(jí)鑒定。經(jīng)過近半年的產(chǎn)品化開發(fā)，已形成了正式產(chǎn)品。第一套系統(tǒng)于2000年6月正式落戶中國(guó)科學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心，用于大規(guī)模科學(xué)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)。該系統(tǒng)在整體上已達(dá)到90年代末期的國(guó)際先進(jìn)水平，有些方面，如機(jī)群操作系統(tǒng)、集成化并行編程環(huán)境、并行數(shù)學(xué)庫(kù)函數(shù)和服務(wù)器聚集軟件等已達(dá)到當(dāng)前國(guó)際領(lǐng)先水平。在可擴(kuò)展性、易用性、可管理性和可用性方面，在系統(tǒng)的高性能和通用性相統(tǒng)一方面，在機(jī)群操作系統(tǒng)、單一系統(tǒng)映象技術(shù)和硬件監(jiān)控技術(shù)方面有自己的特色和創(chuàng)新；該系統(tǒng)既可用于科學(xué)工程計(jì)算，又可用作事務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)，是一個(gè)產(chǎn)品化的超級(jí)服務(wù)器系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。 

一．系統(tǒng)簡(jiǎn)介 
曙光2000-II系統(tǒng)峰值浮點(diǎn)運(yùn)算速度達(dá)到每秒1117億次，內(nèi)存總?cè)萘窟_(dá)到50GB，磁盤總?cè)萘窟_(dá)到600GB（可擴(kuò)充到幾個(gè)TB），其中，內(nèi)置硬盤容量達(dá)到439GB，共享磁盤（包括盤陣）容量為223GB。它是一種典型的分布式并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有先進(jìn)的機(jī)群體系結(jié)構(gòu)。它由82臺(tái)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)組成，每臺(tái)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)包含2個(gè)處理機(jī)，共164個(gè)處理機(jī)。其中，薄節(jié)點(diǎn)機(jī)64臺(tái)，厚節(jié)點(diǎn)機(jī)8臺(tái)，高性能節(jié)點(diǎn)機(jī)8臺(tái)，服務(wù)節(jié)點(diǎn)機(jī)2臺(tái)。每臺(tái)節(jié)點(diǎn)機(jī)包含2個(gè)PowerPC或Power 3處理器芯片，512MB或1GB內(nèi)存，以及4.5GB或9GB的內(nèi)置硬盤。系統(tǒng)包含一個(gè)178GB的外置盤陣和一個(gè)45GB的內(nèi)置盤陣。有三套連接網(wǎng)絡(luò)：一套80端口的高速專用Myrinet網(wǎng)，一套96端口的100MB外部以太網(wǎng)(含4個(gè)1GB端口)，以及一套16端口的外部以太網(wǎng)。另有一個(gè)控制臺(tái)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)約200GB高速磁盤陣列，一個(gè)硬件監(jiān)控器。曙光2000-II具有豐富而完善的系統(tǒng)軟件，包括通信子系統(tǒng)，系統(tǒng)管理子系統(tǒng)，資源管理子系統(tǒng)，作業(yè)管理子系統(tǒng)，機(jī)群文件子系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)為AIX4.3／4.2.1。系統(tǒng)配有流行的C、Fortran和Java編譯器。其并行編程環(huán)境有PVM和MPI，串行程序自動(dòng)并行化工具，并行程序監(jiān)測(cè)工具和并行數(shù)學(xué)庫(kù)函數(shù)。它支持流行的數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle/DB2等。為支持網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)，它有并行Web服務(wù)和E-mail服務(wù)系統(tǒng)。它有服務(wù)器聚集軟件。此外，還有包括氣象、石油、核能和基礎(chǔ)科學(xué)研究等行業(yè)領(lǐng)域在內(nèi)的一大批行業(yè)應(yīng)用軟件。 

二．曙光2000-II的技術(shù)特點(diǎn) 
1．突出的SUMA特色： Scalability，可擴(kuò)展性，曙光2000-II包含160多個(gè)CPU，且有很高的系統(tǒng)效率。 Usability，易用性，先進(jìn)的技術(shù)使曙光2000-lI象單機(jī)一樣好用。 Manageability，可管理性，系統(tǒng)易于管理和控制。 Availability，可用性，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，部件出錯(cuò)時(shí)系統(tǒng)仍能提供服務(wù)，有故障監(jiān)測(cè)及自動(dòng)／手動(dòng)修復(fù)措施。 
2．單一系統(tǒng)映像(單一登錄點(diǎn)，單一控制點(diǎn)，單一文件系統(tǒng)等)使系統(tǒng)很好管理和使用。 
3．高性能與通用性的和諧統(tǒng)一： 先進(jìn)的機(jī)群體系結(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)是一臺(tái)相對(duì)獨(dú)立的機(jī)器。 平衡的系統(tǒng)設(shè)計(jì)使節(jié)點(diǎn)機(jī)間通信、I／O能力等方面沒有瓶頸。 硬件配置的豐富性與靈活性能滿足各種應(yīng)用需求。 功能強(qiáng)大效率高的系統(tǒng)軟件，多種編程工具，各種中間件、庫(kù)函數(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)軟件使用戶能各取所需。 服務(wù)器聚集方式使一套系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多種服務(wù)。 廣泛采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和主流技術(shù)使曙光2000-II能運(yùn)行世界上積累的上萬(wàn)種應(yīng)用軟件。 

三．應(yīng)用范圍 
1． 可在下列地點(diǎn)做主服務(wù)器：計(jì)算中心、網(wǎng)絡(luò)中心、信息中心、數(shù)據(jù)中心、清算中心、結(jié)算中心、處理中心、監(jiān)控中心、交換中心等。 
2． 可應(yīng)用于下列行業(yè)領(lǐng)域：石油，氣象，水利水電，地質(zhì)勘探，地震預(yù)報(bào)，環(huán)境監(jiān)測(cè)與分析，機(jī)械設(shè)計(jì)與模擬（汽車、飛機(jī)、船舶等），基礎(chǔ)科學(xué)計(jì)算（量子化學(xué)、材料科學(xué)、理論與高能物理、流體力學(xué)、DNA與基因分析、天體物理等），信號(hào)與圖像處理，事務(wù)處理（銀行、證券、保險(xiǎn)等），網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)等。 

曙光3000超級(jí)服務(wù)器

正在研制的曙光3000將是一套通用超級(jí)服務(wù)器系統(tǒng)，其峰值浮點(diǎn)速度將達(dá)到每秒3000億次以上。它支持科學(xué)工程計(jì)算、事務(wù)處理和網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)。該系統(tǒng)與主流商品化平臺(tái)和部件兼容，具有可擴(kuò)展性、安全性、好用性、易管理性、高可用性。主要技術(shù)指標(biāo)： 

峰值計(jì)算速度： 浮點(diǎn)運(yùn)算每秒3000億次以上 
處理機(jī)數(shù)： 264 
內(nèi)存總?cè)萘浚?160GB 
磁盤總?cè)萘浚?3TB 
互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)： 高速以太網(wǎng)、高速專用網(wǎng)（總通信帶寬為50GB/s） 
機(jī)群操作系統(tǒng)： 系統(tǒng)管理、資源管理、作業(yè)管理、機(jī)群文件系統(tǒng)等 
程序語(yǔ)言： C/C++，F(xiàn)ortran，Java 
集成式并行編程環(huán)境：PVM、MPI、ParaVT和Autopar等 
網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)平臺(tái)：Web Server、E-mail、DNS、FTP等 
數(shù)學(xué)庫(kù)函數(shù)：BLAS、BLACS等，運(yùn)行ESSL、PESSL等， 支持DB2、Oracle等流行數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器聚集軟件 
一批應(yīng)用軟件：量子化學(xué)、材料科學(xué)、高能物理、氣候模式 和天氣動(dòng)力學(xué)等（主要由用戶開發(fā)） 
曙光NT機(jī)群系統(tǒng) 

曙光NT機(jī)群系統(tǒng)使用并行處理技術(shù)拓展了應(yīng)用的范圍。由于它的設(shè)計(jì)考慮到性能和可擴(kuò)展性，系統(tǒng)可以處理具有大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和計(jì)算密集特征的應(yīng)用。曙光NT機(jī)群的市場(chǎng)定位是，位于SMP和UNIX超級(jí)服務(wù)器之間，可以取代高端SMP服務(wù)器和低端的UNIX超級(jí)服務(wù)器。曙光NT機(jī)群系統(tǒng)為解決大型復(fù)雜的技術(shù)和商業(yè)應(yīng)用提供解決方案。用戶可運(yùn)行多種應(yīng)用：計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、數(shù)值分析、數(shù)據(jù)采集和決策支持、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、LAN服務(wù)器聚集和聯(lián)機(jī)事務(wù)處理。 

曙光NT機(jī)群系統(tǒng)能夠利用多個(gè)基于Intel PII微處理器的節(jié)點(diǎn)來并行處理單個(gè)計(jì)算問題。這種并行處理技術(shù)可將計(jì)算性能和吞吐量提高到串行計(jì)算的許多倍。除了提高已有應(yīng)用的性能外，系統(tǒng)還使得諸如復(fù)雜數(shù)據(jù)采集、氣候模擬等新應(yīng)用成為可能。 

曙光NT機(jī)群系統(tǒng)的基本構(gòu)造塊是SMP計(jì)算節(jié)點(diǎn)。它由一至兩個(gè)Intel PII 微處理器、存貯器、PCI擴(kuò)展槽（用于I/O和互連）、和內(nèi)置磁盤組成。Intel PII微處理器（300/333/400MHZ、400MHZ Xeon）是一種創(chuàng)新產(chǎn)品，它帶來了突出的性能及性能價(jià)格比。節(jié)點(diǎn)類型在單個(gè)系統(tǒng)中可以是混和的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)放在一個(gè)抽屜狀的專門機(jī)箱內(nèi)。這些小機(jī)箱可被連結(jié)成多達(dá)16節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)。 每個(gè)系統(tǒng)機(jī)柜最多可以有8個(gè)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)曙光NT機(jī)群節(jié)點(diǎn)是由一個(gè)完整的Microsoft Windows NT4.0企業(yè)版操作系統(tǒng)進(jìn)行管理，能為成千上萬(wàn)個(gè)當(dāng)前可用的NT應(yīng)用提供接口。除此之外，系統(tǒng)可被分區(qū)為多個(gè)節(jié)點(diǎn)池。例如，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可被用作一個(gè)Lotus Notes Domino 服務(wù)器，同時(shí)另外六個(gè)節(jié)點(diǎn)可被用于天氣預(yù)報(bào)。 

曙光NT機(jī)群系統(tǒng)通過冗余的系統(tǒng)部件提供高可用性支持，如多節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)Ethernet網(wǎng)絡(luò)、RAID盤陣。此外，它還支持NT高可用軟件（Wolfpack或Dataware）， 用于支持重要的應(yīng)用備份和高可用性。例如：當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)執(zhí)行一個(gè)恢復(fù)文本，它將當(dāng)前工作移到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，并保證應(yīng)用的繼續(xù)執(zhí)行。有效的并行計(jì)算技術(shù)需要高帶寬、低延遲的節(jié)點(diǎn)間通訊。采用千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)，使得單通道單向數(shù)據(jù)傳輸能力高達(dá)1000Mb/秒。曙光NT機(jī)群系統(tǒng)幾乎可以線性地?cái)U(kuò)展處理器數(shù)和存貯容量，這種技術(shù)使得TB級(jí)（1012）數(shù)據(jù)處理成為可能，并且使得擴(kuò)充和升級(jí)更加容易管理。如果用戶擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)，那么它的計(jì)算能力也隨之相應(yīng)提高。大規(guī)模系統(tǒng)的管理一直是個(gè)復(fù)雜的過程。對(duì)于曙光NT機(jī)群系統(tǒng)來說，一個(gè)圖形操作控制臺(tái)可以顯示硬件、軟件、作業(yè)和用戶的狀態(tài)，這樣一來，管理就顯得簡(jiǎn)單得多。系統(tǒng)管理員使用該控制臺(tái)--一臺(tái)曙光天闊II225R型服務(wù)器和NT機(jī)群系統(tǒng)管理系統(tǒng)（DNC）軟件產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)管理，例如用戶和口令管理、作業(yè)的記帳、網(wǎng)絡(luò)管理、以及系統(tǒng)的啟動(dòng)/關(guān)閉，系統(tǒng)監(jiān)控等等。 

曙光NT機(jī)群系統(tǒng)提供了PVM和MPI并行程序設(shè)計(jì)環(huán)境、可支持大量現(xiàn)有的并行程序。此外，曙光NT機(jī)群系統(tǒng)提供了一系列廣泛的Microsoft NT兼容的開放的軟件工具，來支持管理和操作，包括Microsoft的C和Fortran編輯器，SQL Server、Oracle、DB2數(shù)據(jù)庫(kù)，Oracle 8、DB2 UDB EEE v5.2并行數(shù)據(jù)庫(kù)，IE、Netscape、 曙光天聯(lián)網(wǎng)絡(luò)套件，ISI公司的ClementineData Mining System數(shù)據(jù)挖掘軟件，Cluster Domino Server 4.5等。曙光公司將它在大規(guī)模并行計(jì)算方面的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于曙光NT機(jī)群系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，提供了大規(guī)模系統(tǒng)的用戶所期望的靈活的、開放式解決方案的能力。