高性能計(jì)算（HPC）是指以計(jì)算為目的，使用了很多處理器的單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者使用了多臺(tái)計(jì)算機(jī)集群的計(jì)算系統(tǒng)和環(huán)境。HPC計(jì)算集群主要有計(jì)算服務(wù)器、共享存儲(chǔ)、高速互聯(lián)設(shè)備以及配套的管理軟件、平臺(tái)軟件和應(yīng)用軟件構(gòu)成。隨著社會(huì)的發(fā)展，高性能計(jì)算被越來(lái)越多的行業(yè)例如科研、教育、生物、能源等行業(yè)廣泛應(yīng)用，目前正呈逐漸擴(kuò)大化趨勢(shì)，各種新興行業(yè)如電信、金融、游戲、信息安全領(lǐng)域也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

中國(guó)航空工業(yè)空氣動(dòng)力研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中航工業(yè)氣動(dòng)院”)，隸屬于中航工業(yè)集團(tuán)，是我國(guó)航空工業(yè)領(lǐng)域唯一的風(fēng)洞試驗(yàn)基地。作為中國(guó)航空工業(yè)系統(tǒng)唯一的專(zhuān)業(yè)空氣動(dòng)力研究機(jī)構(gòu)，參與了幾乎所有重點(diǎn)飛機(jī)型號(hào)的研制工作，擁有一批國(guó)內(nèi)領(lǐng)先或特有的先進(jìn)試驗(yàn)技術(shù)，如進(jìn)氣道試驗(yàn)技術(shù)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)技術(shù)、推力矢量試驗(yàn)技術(shù)、流場(chǎng)顯示與測(cè)量試驗(yàn)技術(shù)、高精度天平設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)、高雷諾數(shù)試驗(yàn)技術(shù)、動(dòng)力模擬試驗(yàn)技術(shù)等，并已初步建成基于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的航空高精度數(shù)值模擬計(jì)算平臺(tái)。

當(dāng)前，中航工業(yè)氣動(dòng)院正處在一個(gè)重要的加速發(fā)展期，未來(lái)5年內(nèi)的科研能力建設(shè)投入將超過(guò)以往50多年來(lái)投入的總和，重點(diǎn)發(fā)展的業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)@高、低速風(fēng)洞群的建設(shè)與先進(jìn)試驗(yàn)技術(shù)、先進(jìn)氣動(dòng)力理論研究與CFD、新概念飛行器的氣動(dòng)力創(chuàng)新設(shè)計(jì)三條主線(xiàn)全面展開(kāi)，因此客戶(hù)亟需建設(shè)新的計(jì)算平臺(tái)來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展對(duì)計(jì)算性能的需要。

面臨挑戰(zhàn)

1）中航工業(yè)氣動(dòng)院現(xiàn)有計(jì)算平臺(tái)計(jì)算性能不足，不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。原有計(jì)算集群為L(zhǎng)C機(jī)架式服務(wù)器，設(shè)備面臨老舊、故障率較高， CPU為E5-2609 V2系列，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，計(jì)算性能的瓶頸越來(lái)越突出。

2）存儲(chǔ)的性能較低，IOPS值無(wú)法滿(mǎn)足要求，拉低了計(jì)算集群的整體計(jì)算性能。客戶(hù)現(xiàn)有HPC集群中存儲(chǔ)系統(tǒng)采用Lusture方案，OSS和MDS由一臺(tái)服務(wù)器承載，負(fù)擔(dān)較重，制約了存儲(chǔ)性能，也極大的拉低了計(jì)算集群的整體計(jì)算性能。

3）原有HPC集群的可靠性和可擴(kuò)展性較差。OSS和MDS節(jié)點(diǎn)由一臺(tái)服務(wù)器承載，且存儲(chǔ)為兩臺(tái)集中式存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)可靠性差，同時(shí)采用機(jī)架式服務(wù)器面臨組網(wǎng)復(fù)雜，管理復(fù)雜，擴(kuò)展性不強(qiáng)的劣勢(shì)。

解決方案

在本次建設(shè)中，華為所提供的計(jì)算集群、存儲(chǔ)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)及IPMI網(wǎng)絡(luò)等解決方案為中航工業(yè)氣動(dòng)院構(gòu)筑了全新的HPC平臺(tái)，在本次建設(shè)中通過(guò)采用高性能的華為E9000刀片服務(wù)器，可以提供300萬(wàn)億次的計(jì)算能力。同時(shí)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)采用100GB EDR高速I(mǎi)nfiniband組網(wǎng)，通過(guò)2層胖樹(shù)無(wú)阻塞（1:1）組網(wǎng)，提供更高的帶寬，使計(jì)算性能得到完全發(fā)揮。

為解決存儲(chǔ)性能和可靠性以及可擴(kuò)展性問(wèn)題，本次建設(shè)采用全對(duì)稱(chēng)分布式存儲(chǔ)OceanStor 9000代替?zhèn)鹘y(tǒng)HPC解決方案中存儲(chǔ)系統(tǒng)Lusture方案中的集中式存儲(chǔ)，OceanStor 9000系統(tǒng)包含硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)，硬件主要包含了交換機(jī)和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，且該設(shè)備支持3-288個(gè)節(jié)點(diǎn)可擴(kuò)展，擴(kuò)展性較強(qiáng)。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中SSD盤(pán)作為元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，NL-SAS大容量硬盤(pán)作為對(duì)象存儲(chǔ)，采用8+1:1的冗余比來(lái)保障節(jié)點(diǎn)間硬件和數(shù)據(jù)的可靠性。OceanStor 9000使用全I(xiàn)B組網(wǎng)，前端網(wǎng)絡(luò)對(duì)接用戶(hù)IB交換網(wǎng)后端網(wǎng)絡(luò)使用內(nèi)部IB交換機(jī)，保證了存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部的高帶寬，避免了成為計(jì)算集群的性能瓶頸。

同時(shí)通過(guò)一臺(tái)CE6180萬(wàn)兆交換機(jī)和一臺(tái)CE5810千兆交換機(jī)連接所有設(shè)備的管理端口實(shí)現(xiàn)集群的調(diào)度、硬件監(jiān)控和管理功能。極大地方便管理和運(yùn)維，同時(shí)本次HPC項(xiàng)目采用刀片式方案，E9000刀片服務(wù)器可以支持***32個(gè)節(jié)點(diǎn)，密度業(yè)界***，擴(kuò)展性十分強(qiáng)大，便于擴(kuò)容來(lái)滿(mǎn)足未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

建設(shè)價(jià)值

通過(guò)本次建設(shè)，中航工業(yè)氣動(dòng)院的工作效率極大提升：通過(guò)部署新的高性能仿真平臺(tái)，使得計(jì)算性能大幅提升，使得高復(fù)雜模型仿真由不可能變成可能；同時(shí)存儲(chǔ)性能得到極大提升，數(shù)據(jù)可靠性增強(qiáng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量極大提高；本次建設(shè)還擁有良好的擴(kuò)展性，便于后續(xù)擴(kuò)容：華為高性能仿真平臺(tái)采用華為的一體化解決方案，具備良好的可擴(kuò)展性，后續(xù)的擴(kuò)容方便快捷。同時(shí)通過(guò)管理網(wǎng)絡(luò)來(lái)管理所有硬件設(shè)備，極大地簡(jiǎn)化了運(yùn)維，節(jié)約了成本。