高性能可视化产品介绍.docVIP

高性能可视化产品介绍 高性能计算技术简介 高性能并行机从体系结构上分类有很多种：对称多处理共享存储并行机（SMP：Symmetric MultiProcessing）； 分布共享存储并行机（DSM：Distributed Shared Memory）；工作站（微机）机群（COW：Cluster Of Workstation、Beowulf PC-Cluster）；等等。 SMP 对称多处理（SMP）具有如下优势：系统中任何处理器均可直接访问任何存储模块中的存储单元和I/O模块联接的I/O设备，且访问的延迟、带宽和访问成功的概率是一致的；所有内存地址单元统一编址。各个处理器之间的地位等价，不存在任何特权处理器。操作系统可在任意处理器上运行单一的操作系统映像：全系统只有一个操作系统驻留在共享存储器中，它根据各个处理器的负载情况，动态地分配各个进程到各个处理器，并保持各处理器间的负载平衡 局部高速缓存Cache及其数据一致性：每个处理器均配备局部Cache，它们可以拥有独立的局部数据，但是这些数据必须保持与存储器中数据是一致的低通信延迟：各个进程通过读/写操作系统提供的共享数据缓存区来完成处理器间的通信，其延迟通常小于网络通信的延迟共享总线带宽：所有处理器共享总线的带宽，完成对内存模块和I/O模块的访问支持消息传递、共享存储并行程序设计。SMP并行机的处理器个数一般少于32个，且只能提供每秒数百亿次的浮点运算性能。 图1 SMP体系结构示意图 Cluster 集群技术具有很大的可扩展性。随着商用微处理器性能的飞速发展，低延迟、高带宽商用网络交换机的出现，和LINUX操作系统等自由软件的成熟，集群架构的并行计算机得到了广泛的应用。 集群的体系结构如图2所示，多台高性能微机通过商用网络交换机相互联接，并拥有各自独立的操作系统、主板、内存、硬盘和其他I/O设备，构成机群的计算结点（通常为SMP架构）。配置一台或多台管理节点，一方面管理机群计算结点所有的用户计算资源，另一方面充当集群与外部网络的联接桥梁，外部科研网的用户只有通过文件服务器才能使用集群的计算资源。配置一台或多台文件服务器，共享的所有软件，为所有用户提供统一的存储空间。 图2 集群系统体系结构示意图 这里介绍一下不同的互联网络： 千兆网络： 　　一种十分成熟的网络技术，应用十分广泛，相对于专用的集群互联技术，在价格上具有优势。 InfiniBand网络： 　　InfiniBand硬件由三部分组成： 　　――HCA(Host Channel Adapter)卡--主机通道适配器； 　　――InfiniBand交换机，单台最多可以支持１４４个１０Ｇｂ端口，交换机之间通过一定的互联结构，可以扩展为各大的网络； 　　――连接线缆，采用ＩＢＭ专用线缆连接ＨＣＡ卡与交换机； InfiniBand结构的关键在于通过采用点到点的交换结构解决共享总线的瓶颈问题，这种交换结构专门用于解决容错性和可扩展性问题。共享总线结构中多个设备与总线之间是被动连接，而InfiniBand的点到点交换机采用了与共享总线结构不同的连接方式，它通过一个带有有源元件的结构与各个设备连接。所有的连接都是点到点的连接，一个设备对应一个终端。因此，同传统的PCI总线结构不同，InfiniBand结构中链路的建立和终止得到很好的控制。所以，采用此结构后，通信系统的性能得以优化，可在高出很多的频率下运行。目前采用的InfiniBand设备为１０Ｇｂ互联设备，点到点的通讯延迟最小为６ｕｓ，通讯带宽在８００Ｍｂ以上。 Myrinet网络 Myrinet 有以下几个部分组成： -- Myrinet 界面卡，如PCI, PCI/X -- Myrinet 交换机，可以支持单个16口的交叉总线交换机，或者是一个提供最多至128节点互联的完整网络设备，还可以通过这些设备的整合支持上万台节点的连接。 -- Myrinet连接光纤或线缆 -- Myrinet软件支持绝大多数的主机类型和操作系统，它的软件本身是开放源代码，许多第三方也提供基于Myrinet平台的相关软件。 Myrinet数据包可以是任何长度，因此完全可以封装其他任何类型的数据包，包括IP数据包，而不需要做任何的修改。每一个数据包通过类型加以区分，所以Myrinet可以并发传输不同类型或者协议的数据包。 Myrinet特有的GM消息传递系统和应用编程接口在性能测试中，不同主机中UNIX用户进程间的单向数据传输速率，可以持续达到大约1.98Gbits/s，而短消息延迟时间缩短在4μs之内；而双向的数据传输速率为3.9Gbits/s，短消息延迟时间6μs之内，以及非常低的主机CPU占用率。GM系统提供Myrinet受保护的用户级别访问，