高性能计算环境与应用

中国科学院 迟学斌

国家高性能计算环境（中国国家网格）建设可以追溯到20世纪90年代末。1999～2000年，国家863计划支持建设的5个高性能计算中心构成的国家高性能计算环境，形成了国家网格环境的雏形。随后，国家高性能计算环境在国家五年计划的连续支持下得到了不断发展。目前，国家高性能计算环境聚合了国内众多优秀的高性能计算资源，面向用户提供便捷稳定的高性能计算服务，支撑了十余个应用领域计算平台建设。

在国家科技计划项目持续支持下，在“十三五”阶段，国家高性能计算环境聚合资源能力得到进一步提升，目前聚合了19个结点单位的计算资源，包括北方主结点中国科学院计算机网络信息中心、南方主结点上海超级计算中心、6个国家超级计算中心（天津、无锡、广州、济南、长沙、深圳），以及香港大学的11个普通结点，分布在全国各地，总聚合计算资源峰值200PFLOPS，总聚合存储资源167PB。同时，在北京运行管理中心基础上，国家高性能计算环境成立了合肥运行中心，实现了北京/合肥双运行中心异地备份。

国家高性能计算环境采用环境中间件SCE构建。SCE是一套面向高性能计算的、轻量级的、可稳定运行的网格系统软件，由中国科学院超级计算中心自主研发，其目的是聚合多个超级计算机资源，屏蔽底层异构性，实现资源的统一管理和调度，使之作为一个整体面向用户提供便捷的计算服务。相关科研成果已经申请一项国际专利（PCT/CN 2011/071640），并发表多篇学术论文。通过SCE软件，国家高性能计算环境提供了多种使用方式以满足科学计算领域用户的不同需求。统一命令性工具适应传统的高性能计算领域用户，交互式较强；通用计算门户适用于化学、生物等不熟悉计算机命令的应用领域用户，操作界面简单易学；环境应用编程接口采用REST风格的接口标准，支持多元化的应用领域社区和业务平台的建设。SCE软件提供了以应用为中心的全局作业调度，从资源层到应用服务层全面引入应用的概念，通过应用封装有效屏蔽了操作环境的异构性，在服务层结合用户使用习惯提供友好的操作界面，并支持调度的作业在目标资源上可以正确执行，实现资源的优化配置。同时，SCE软件部署简单，维护成本低，具有较好的可用性和稳定性。

在应用与对外合作方面，国家高性能计算环境实现了与欧洲高能物理网格互操作，有力支撑了国际最前沿的高能物理科学研究。ATLAS是欧洲核子物理研究中心（CERN）的一个全球合作的高能物理实验。2015年，CERNATLAS实验组、中国科学院计算机网络信息中心、中国科学院高能物理研究所合作开发通过“桥接”的方式实现了ATLAS生产性作业运行在国家高性能计算环境资源上。

依托国家高性能计算环境已支持建设十余个应用领域社区和平台。工业产品创新社区与宝钢集团中央研究院开展合作，使得宝钢在内部资源用满时作业自动迁移到上海超算结点，解决了宝钢在高性能计算资源建设过程中遇到的资源不断扩充、无法有效利用外部资源等问题。数字媒体和文化创意社区与山东新视觉科技有限公司合作承接多项渲染任务，以实际需求为主导，以社区为平台参与制作多个文化宣传作品。