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HPC应用平台

1.用户需求

高性能计算作为一种先进的科研手段,在国内的应用发展很快,得到了普遍的重视,近年来国家投入逐年加大。应用于国防建设的高性能计算也得到了长足的发展。在多年的应用过程中,X86架构的处理器一直是主流运算平台,但由于X86处理器的核心技术一直没有在国人掌控中,很多应用的发展均有所忌惮,在一定程度下阻碍了信息化的发展步伐。

国家也一直致力于核心技术的推动、发展。国产龙芯处理器就是在国家战略上部署的一个成果,曙光作为服务器的国家队也当仁不让的承担着研发核心技术的重任。经过几年的研发、调试,基于龙芯处理器的龙腾服务器的应用条件已经成熟。

基于MIPS架构的龙芯平台与传统的X86平台有根本上的不同,不一样的指令集导致两个平台的互不兼容性。但可以经过主机编译或交叉编译的方式将原有的程序在MIPS环境下重新应用。HPC应用对环境的依赖较大,基于自主可控处理器平台上的并行环境是制约着HPC应用发展的较大障碍。

2.如何解决

经过多年的探索、积累、优化,曙光构建了完善的HPC并行环境。

编译环境主要包含GNU C/C++、GNU Fortran编译器、JAVA开发环境、图形开发环境GTK+和QT。其中GNU CC(GNU Compiler Collection)是一个编译器套件,是GNU推出的功能强大、性能优越的多平台编译器,是GNU的代表作品之一。Java是一个广泛使用的网络编程语言。作为一种程序设计语言 ,它具有高可移植性、鲁棒性、安全性、并且提供了并发的机制、具有很高的性能。Gtk+(GIMP ToolKit,GIMP工具包) Gtk+最初用于开发GIMP,是一个用于创造图形用户接口的图形库。Qt是一个完整的C++商业化图形程序开发框架 ,包含类库和跨平台国际化开发工具。

并行计算环境为MPICH,MPI(Massage Passing Interface 消息传递接口):是由MPI论坛开发的消息传递函数库的标准规范,支持Fortran和C语言。MPI是目前应用最广泛的并行程序开发环境,具有移植性好、功能强大、效率高、实用性强等优点。它得到了几乎所有并行计算机厂商的支持,目前已成为并行计算编程事实上的标准。

数学库主要由ACML、BLAS、GOTO和ATLAS、LAPACK、ScaLAPACK、FFTW构成,其中ACML提供一级、二级、三级BLAS以及LAPACK、FFT等函数,通过PGI编译器同时支持面向Linux开发的OpenMP和非OpenMP程序;BLAS库 (Basic Linear Algebra Subroutines),提供最基本的线性代数函数接口;GOTO和ATLAS都是针对特定平台性能调优的高性能BLAS库;LAPACK,即线性代数计算子程序包(Linear Algebra Package);ScaLAPACK,即可扩展线性代数库(Scalable LAPACK),是LAPACK的增强版本;FFTW,即(the Fastest Fourier Transform in the West)库,用于一维和多维实数或复数的离散傅里叶变换,可以针对各种不同的平台作高效率的FFT运算。

3.用户收益

利用上述的并行计算平台,用户可以自行移植在传统X86平台下的高性能计算程序,对于气象、流体力学、物理、化学、生物、分子动力学等领域都有较好的支撑。

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