什么是高性能計算

高性能計算(HighPerformanceComputing)是計算機科學的一個分支，主要是指從體系結(jié)構(gòu)、并行算法和軟件開發(fā)等方面研究開發(fā)高性能計算機的技術(shù)。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能計算機的計算速度不斷提高，其標準也處在不斷變化之中。

高性能計算簡單來說就是在16臺甚至更多的服務(wù)器上完成某些類型的技術(shù)工作負載。到底這個數(shù)量是需要8臺，12臺還是16臺服務(wù)器這并不重要。在我們的定義下我們假設(shè)每一臺服務(wù)器都在運行自己獨立的操作系統(tǒng)，與其關(guān)聯(lián)的輸入/輸出基礎(chǔ)構(gòu)造都是建立在COTS系統(tǒng)之上。簡而言之，我們正在討論的就是Linux高性能計算集群。

一個擁有20000臺服務(wù)器的信息中心要進行分子動力學模擬無疑是毫無問題的，就好比一個小型工程公司在它的機房里運行計算流體動力學(CFD)模擬。解決工作負載的唯一限制來自于技術(shù)層面。接下來我們要討論的問題是什么能直接加以應(yīng)用。

量度(Metrics)

時至今日已經(jīng)很少有人再討論有關(guān)Linux高性能計算集群的純性能問題。目前我們碰到的更多是這樣的字眼：性能(Performance),每瓦特性能(Performance/Watt),每平方英尺性能(Performance/Squarefoot)和性能價格比(Performance/dollar)等，對于上文提及的20000臺服務(wù)器的動力分子簇來說，原因是顯而易見的。運行這樣的系統(tǒng)經(jīng)常被服務(wù)器的能量消耗(瓦特)和體積(平方英尺)所局限。這兩個要素都被計入總體擁有成本(TCO)之列。在總體擁有成本(TCO)方面取得更大的經(jīng)濟效益是大家非常關(guān)注的。

接著上面的論述，此次議題的范圍我們限定在性能方面來幫助大家理解性能能耗，性能密度和總體擁有成本(TCO)在實踐中的重要性。

性能的定義

在這里我們把性能定義為一種計算率。例如每天完成的工作負載，每秒鐘浮點運算的速度(FLOPs)等等。接下來的討論中我們要思考的是既定工作量的完成時間。這兩者是直接關(guān)聯(lián)的，速度=1/(時間/工作量)。因此性能是根據(jù)運行的工作量來進行測算的，通過計算其完成時間來轉(zhuǎn)化成所需要的速度。

定量與定性

如何能優(yōu)化高性能計算(HPC)的性能？從定性的層面上來說這個問題很容易回答，答案就是更快的處理器，更多容量的內(nèi)存，表現(xiàn)更佳的網(wǎng)絡(luò)和磁盤輸入/輸出子系統(tǒng)。但當你要在決定是否購買Linu集群時這樣的回答就不夠準確了。

如何對Linux高性能計算集群的性能進行量化分析。為此我們接下來要介紹部分量化模型和方法技巧，它們能非常精確的對大家的業(yè)務(wù)決策進行指導，同時又非常簡單實用。舉例來說，這些業(yè)務(wù)決策涉及的方面包括：

購買---系統(tǒng)元件選購指南來獲取最佳性能或者最經(jīng)濟的性能

配置---鑒別系統(tǒng)及應(yīng)用軟件中的瓶頸

計劃---突出性能的關(guān)聯(lián)性和局限性來制定中期商業(yè)計劃

我們文中的Linux高性能計算集群模型包括四類主要的硬件組成部分。(1)執(zhí)行技術(shù)工作負載的計算節(jié)點或者服務(wù)器 (2)一個用于集群管理，工作控制等方面的主節(jié)點 (3)互相連接的電纜和現(xiàn)在高度普及的千兆以太網(wǎng)(GBE) (4)一些全球存儲系統(tǒng)，像由主節(jié)點輸出的NFS文件一樣簡單易用。

目前，高性能計算機的衡量標準主要以計算速度(尤其是浮點運算速度)作為標準。高性能計算機是信息領(lǐng)域的前沿高技術(shù)，在保障國家安全、推動國防科技進步、促進尖端武器發(fā)展方面具有直接推動作用，是衡量一個國家綜合實力的重要標志之一。隨著信息化社會的飛速發(fā)展，人類對信息處理能力的要求越來越高，不僅石油勘探、氣象預報、航天國防、科學研究等需求高性能計算機，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咝阅苡嬎愕男枨笱该驮鲩L。