建設(shè)“雙一流”高校 從基礎(chǔ)平臺全面革新開始
山東大學(xué)無論在科研實力還是在教育成果方面，都處于我國高等學(xué)府第一階梯，也是此次世界一流大學(xué)建設(shè)的重點院校，其中數(shù)學(xué)和化學(xué)被評為“雙一流”建設(shè)學(xué)科。山東大學(xué)入選我國“雙一流”建設(shè)戰(zhàn)略可謂實至名歸，而其強大的科研實力與堅實的基礎(chǔ)科研平臺建設(shè)密不可分。其中高性能計算集群對于山東大學(xué)多個學(xué)科建設(shè)和科研工作推進功不可沒。
傳統(tǒng)高性能計算在氣象、化學(xué)、物理等科學(xué)研究中應(yīng)用頗多，但需要用戶具有較高的計算機專業(yè)技能。以氣象專業(yè)的研究生為例，通常學(xué)生需要在WRF這樣專業(yè)的氣象應(yīng)用上進行學(xué)術(shù)研究，然而WRF是運行于Linux操作系統(tǒng)下，而且均以源代碼方式發(fā)布。
因此，氣象專業(yè)的學(xué)生不僅要掌握Linux系統(tǒng)的各種命令并熟練使用，還要學(xué)習(xí)安裝編譯WRF所需要的各種依賴關(guān)系、編譯器、數(shù)學(xué)庫、并行環(huán)境。具體到每個學(xué)生的實踐中，一個這樣的研究工作可能要持續(xù)一年甚至更長時間，并且學(xué)生大部分時間并沒有集中在自己的研究工作上。要建設(shè)“雙一流”高校，學(xué)術(shù)科研及學(xué)校綜合實力都要上升到新的層次，高性能計算平臺也必須更加易用和高效。
為突破傳統(tǒng)高性能計算平臺的瓶頸，山東大學(xué)軟件學(xué)院龔斌教授基于十幾年的高性能計算集群的管理、維護經(jīng)驗，攜手華為以及華為認證ISV聯(lián)科集團，基于雙方在高性能計算領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗，同時利用前沿的云計算技術(shù)，容器技術(shù)、前端展示技術(shù)以及移動計算技術(shù)，建立創(chuàng)新、高效的公共計算云服務(wù)平臺。
高性能遇上云，原本高度復(fù)雜的計算科學(xué)可以如此簡單
華為公司基于全球的高性能計算的建設(shè)經(jīng)驗，為山東大學(xué)公共計算云服務(wù)平臺打造模塊化數(shù)據(jù)中心一體化解決方案，實現(xiàn)機房的快速部署、節(jié)省占地面積、分期投入、降低能耗等優(yōu)勢。
底層的基礎(chǔ)架構(gòu)平臺采用最新的Intel Xeon SkyLake處理器，將計算節(jié)點、大數(shù)據(jù)節(jié)點、胖節(jié)點以及人工智能節(jié)點融合起來，計算能力可達每秒384萬億次。存儲系統(tǒng)采用分層存儲架構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用模型對I/O帶寬的需求選擇不同區(qū)域的存儲資源；計算網(wǎng)絡(luò)采用Intel Omni-Path架構(gòu)，最終方案不僅可以提供100Gb網(wǎng)絡(luò)帶寬以及微秒級的MPI通訊延遲性能， 并且具有極佳的可擴展性和成本優(yōu)勢等特性。
將高性能計算與云結(jié)合起來是山東大學(xué)公共計算云服務(wù)平臺的最大亮點。新的高性能計算平臺將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)以及硬件之間的強耦合關(guān)系進行解耦，并結(jié)合自身研發(fā)的虛擬化技術(shù)，提高資源的利用率，快速的將傳統(tǒng)的計算中心改造成智能化的動態(tài)的計算中心。
山東大學(xué)公共計算云服務(wù)平臺架構(gòu)
在高效計算平臺之上是云化的服務(wù)平臺，山東大學(xué)公共計算云服務(wù)平臺建成后，學(xué)生或老師通過平臺申請高性能計算資源，或者傳統(tǒng)的信息化應(yīng)用資源，資源申請后根據(jù)應(yīng)用的種類最高效的分配資源，后臺進行計費與應(yīng)用使用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。豐富的功能以及高度智能化的設(shè)計使得該平臺得到廣泛而深入的應(yīng)用。
在山東大學(xué)公共計算云服務(wù)平臺中，人人都是生態(tài)的需求者，同時也是貢獻者。平臺為學(xué)校師生預(yù)構(gòu)建好的計算環(huán)境，提供預(yù)先應(yīng)用鏡像和處理的科學(xué)領(lǐng)域數(shù)據(jù)，包括硬件和軟件堆棧，并通過Web方式的交互界面最大限度降低接入門檻。這意味著上文中氣象的研究生可以方便的申請到配置好的系統(tǒng)環(huán)境，甚至已經(jīng)搭建好的應(yīng)用環(huán)境。原本需要長期學(xué)習(xí)準備的時間被壓縮到極致。
此外，高易用性方便用戶參與到平臺的建設(shè)過程中，用戶可以向平臺貢獻應(yīng)用鏡像、應(yīng)用數(shù)據(jù)、應(yīng)用服務(wù)，與平臺的建設(shè)運營單位一同打造高效計算應(yīng)用生態(tài)圈。山東大學(xué)公共計算云服務(wù)平臺未來將成為數(shù)據(jù)共享、學(xué)術(shù)交流、教學(xué)實踐與校園信息化統(tǒng)一的資源調(diào)度平臺。
傳統(tǒng)高性能計算受限于應(yīng)用的高門檻，使用范圍僅限于氣象、材料、生物科學(xué)等理工學(xué)科研究，但是如今云上的高性能計算可以被當(dāng)做一種按需分配的易用資源。未來，高性能計算應(yīng)用成熟的領(lǐng)域科研工作將更加高效，而歷史、金融等，這些未曾涉足科學(xué)計算的領(lǐng)域也將隨著這項新技術(shù)的應(yīng)用，激發(fā)出科學(xué)研究的無限可能。
在“雙一流”建設(shè)道路上，山東大學(xué)承載的是我國高校進入世界前列的使命，在下一個十年乃至更長的時間里，山東大學(xué)將為全球經(jīng)濟、科技等領(lǐng)域貢獻最為前衛(wèi)的理念和技術(shù)。而這一切都將隨著其公共計算云服務(wù)平臺的不斷發(fā)展和迭代走上一個快速發(fā)展的道路。
