HPC應(yīng)用概述課件

HPC應(yīng)用概述高性能服務(wù)器產(chǎn)品部2010-07-20HPC應(yīng)用概述HPC應(yīng)用領(lǐng)域概述HPC各應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介精選課件pptHPC應(yīng)用領(lǐng)域概述新興HPC應(yīng)用生命科學(xué)動漫渲染金融游戲產(chǎn)業(yè)移動醫(yī)療區(qū)域計(jì)算中心傳統(tǒng)HPC應(yīng)用石油石化科研教育氣象地震制造CAE國防軍工網(wǎng)格計(jì)算精選課件pptHPC應(yīng)用領(lǐng)域概述生命科學(xué)（基因排序、蛋白質(zhì)折疊）計(jì)算化學(xué)（量子化學(xué)、材料模擬）分子動力學(xué)（分子運(yùn)動模擬、可視化）CFD&CAE（流體動力學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助工程）氣象環(huán)境（數(shù)值氣象預(yù)報、環(huán)境污染監(jiān)測）渲染可視化（動漫渲染、影視制作）石油天然氣（油藏模擬、地震模擬）計(jì)算數(shù)學(xué)（算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化）精選課件ppt生命科學(xué)領(lǐng)域軟件簡介生命科學(xué)生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象、生命活動的本質(zhì)、特征和發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，以及各種生物之間和生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)。研究內(nèi)容基因組信息學(xué)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)模擬與預(yù)測藥物分子設(shè)計(jì)基因表達(dá)的調(diào)控；基因功能的預(yù)測；芯片表達(dá)；數(shù)據(jù)分析等。分子的進(jìn)化、生物的起源精選課件ppt生命科學(xué)領(lǐng)域常用軟件生命科學(xué)

(基因排序、序列比對、分子對接)BLAST/MPIBLASTBLAST是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的序列比對軟件（基因兩兩比對）和序列相似性搜索工具.FASTAFASTA是第一個被廣泛應(yīng)用的序列比對和搜索工具包，包含若干個獨(dú)立的程序。CLUSTALCLUSTAL是多序列比對軟件DOCK是目前應(yīng)用最廣泛的分子對接軟件之一生命科學(xué)領(lǐng)域軟件簡介精選課件ppt生命科學(xué)領(lǐng)域軟件簡介序列對比軟件BLASTBLAST是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的序列相似性搜索工具，用于序列兩兩比對，由NCBI研制。BLAST系統(tǒng)對于生物基因序列數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中的表達(dá)和處理作了許多的研究，建立在嚴(yán)格的

統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)之上。由于功能強(qiáng)大，檢索速度快，

BLAST流行于世界上幾乎所有的生物信息中心?，F(xiàn)在已有并行版本的BLAST，mpiBLAST，具有幾

乎線性的加速比。對于BLAST的并行化，實(shí)際上是

將整個基因數(shù)據(jù)檢索空間分成若干個子空間，為每

個查詢節(jié)點(diǎn)分配一個子空間，最后將查詢結(jié)果匯總

到主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)果的輸出。精選課件ppt生命科學(xué)領(lǐng)域軟件簡介序列對比軟件BLAST精選課件ppt計(jì)算化學(xué)計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域軟件簡介精選課件ppt計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域軟件簡介計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域常用軟件Gaussian03Gaussian是做半經(jīng)驗(yàn)計(jì)算和從頭計(jì)算使用最廣泛的量子化學(xué)軟件DacapoDAPACO是基于密度泛函理論計(jì)算總量的程序。Geomos半經(jīng)驗(yàn)量化計(jì)算軟件，可以使用大多數(shù)當(dāng)前的半經(jīng)驗(yàn)方法。Materialstudio專為材料科學(xué)領(lǐng)域開發(fā)的新一代材料計(jì)算軟件精選課件pptXP,2000,2003,Vista,2008計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域軟件簡介MaterialStudioMaterialsStudio是Accelrys專為材料科學(xué)領(lǐng)域開發(fā)的新一代材料計(jì)算軟件，可幫助研究人員解決當(dāng)今化學(xué)及材料工業(yè)中的許多重要問題。MaterialsStudio軟件采用Client-Server結(jié)構(gòu)，Microsoft標(biāo)準(zhǔn)用戶界面，不需要登錄服務(wù)器?？蛻舳丝梢允荳indows98、2000或NT，計(jì)算服務(wù)器可以是本機(jī)的Windows2000或NT，也可以是網(wǎng)絡(luò)上的Windows2000、WindowsNT、Linux或UNIX。精選課件pptMaterialStudio的特點(diǎn)：多種先進(jìn)算法的綜合運(yùn)用使MaterialStudio成為一個強(qiáng)有力的模擬工具。無論是性質(zhì)預(yù)測、聚合物建模還是X射線衍射模擬，我們都可以通過一些簡單易學(xué)的操作來得到切實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。靈活方便的Client-Server結(jié)構(gòu)還是的計(jì)算機(jī)可以在網(wǎng)絡(luò)中任何一臺裝有NT、Linux或Unix操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，從而最大限度的運(yùn)用了網(wǎng)絡(luò)資源?？梢栽赪indows98,Me，NT，2000和XP下運(yùn)行。用戶界面符合微軟標(biāo)準(zhǔn)，你可以交互控制三維圖形模型、通過簡單的對話框建立運(yùn)算任務(wù)并分析結(jié)果如果你安裝了MaterialsStudio的其它模塊，后臺運(yùn)算既可以運(yùn)行在本機(jī)，也可以通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在遠(yuǎn)程主機(jī)上。這取決于你建立運(yùn)算時的選擇和運(yùn)算要求MaterialsStudio采用了大家非常熟悉Microsoft標(biāo)準(zhǔn)用戶界面，它允許你通過各種控制面板直接對計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置和分析。計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域軟件簡介精選課件ppt分子動力學(xué)分子動力學(xué)模擬是通過求解系統(tǒng)中所有粒子的運(yùn)動方程來得到粒子的運(yùn)動軌跡。在模擬中，粒子間相互作用的計(jì)算占用了大部分機(jī)時，不同的粒子間勢能模型需要的計(jì)算時間是不同的，其中勢能函數(shù)隨距離衰減的速度是一個重要的影響因素。分子動力學(xué)領(lǐng)域軟件簡介精選課件pptHPC各應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介分子動力學(xué)領(lǐng)域常用軟件GromacsGromacs是用于研究生物分子體系的分子動力學(xué)程序包。NAMDNAMD，用于在大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)上快速模擬大分子體系的并行分子動力學(xué)代碼。AMBERAmber是著名的分子動力學(xué)軟件，用于蛋白質(zhì)、核酸、糖等生物大分子的計(jì)算模擬。VASPVASP是使用贗勢和平面波基組，進(jìn)行從頭量子力學(xué)分子動力學(xué)計(jì)算的軟件包VMDVMD是可視化分子動力學(xué)軟件。CHARMM分子動力學(xué)模擬程序，用于生物大分子的模擬精選課件ppt分子動力學(xué)軟件NAMD生物大分子系統(tǒng)的大規(guī)模模擬軟件NAMD是由美國伊諾利斯大學(xué)香檳分校的K.Schulten小組開發(fā)，曾獲2002年度GordonBell獎。NAMD基于Charm++并行支持庫，高端硬件平臺上可以保持較高并行效率直到數(shù)千個處理器規(guī)模。NAMD最有特色的地方是通過Charm++實(shí)現(xiàn)了動態(tài)負(fù)載平衡，能夠很容易地?cái)U(kuò)展到數(shù)百乃至數(shù)千個處理器上運(yùn)行，效率卻不會下降太多。精選課件ppt分子動力學(xué)軟件NAMD精選課件ppt分子動力學(xué)可視化軟件—VMDVMD是分子可視化軟件VMD使用OpenGL提供高質(zhì)量的3D分子圖形，用于顯示、動畫演示和分析大的生物分子體系，原子、分子、殘基的數(shù)量，以及動畫畫面的數(shù)量，在內(nèi)存允許的范圍內(nèi)沒有任何限制。

VMD具有多種分子顯示方式、著色方法和立體顯示功能。精選課件ppt分子動力學(xué)算例—nbodyN-Body問題是天體物理學(xué)和分子化學(xué)運(yùn)動過程模擬的經(jīng)典代表。N-Body問題是在并行計(jì)算模型上，對數(shù)據(jù)并行和分治等并行算法設(shè)計(jì)方法、并行算法的復(fù)雜性分析、以及算法設(shè)計(jì)中伸縮性和效率等都有很好的研究價值。精選課件pptCFD、CAE應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介CFD、CAE計(jì)算流體力學(xué)(CFD，ComputationalFluidDynamics)是流體力學(xué)的一門分支學(xué)科，它集流體力學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)于一體，是一種用于分析流體流動性質(zhì)的高級計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE，ComputerAidedEngineering）就是用計(jì)算機(jī)輔助求解工程和產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、彈塑性等力學(xué)性能以及性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的方法。CAE、CFD主要分為前處理，求解計(jì)算和后處理三個步驟：Computation

Post-processingPre-processing精選課件pptCFD、CAE應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介前處理

主要是建立問題的幾何模型、進(jìn)行網(wǎng)格劃分、建立用于計(jì)算分析的數(shù)值模型、確定模型的邊界條件和初始條件等計(jì)算求解

是對所建立的數(shù)值模型進(jìn)行求解，經(jīng)常需要求解大型的線性方程組，這個過程是CAE分析中計(jì)算量最大、對硬件性能要求最高的部分后處理

以圖形化的方式對所得的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢查和處理其中建模和后處理通常是在工作站中進(jìn)行的，而CAE的核心即求解過程，需要占用大量的CPU、內(nèi)存資源以及存儲空間，通常要在高性能計(jì)算機(jī)上完成。精選課件pptCFD、CAE應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介CFD、CAE常用軟件Fluent國際上最流行的商用CFD（計(jì)算流體力學(xué)）軟件STAR-CD采用完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)和有限體積方法來研究工業(yè)領(lǐng)域中復(fù)雜流動的流體分析商用軟件包。Gambit面向CFD分析的高質(zhì)量的前處理器，其主要功能包括幾何建模和網(wǎng)格生成Ansys是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件LS-Dyna世界上最著名的通用有限元分析軟件精選課件pptCFD、CAE應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介計(jì)算流體動力學(xué)的軟件主要有：Fluent，CFX，CFD-Fastran等對計(jì)算資源需求的特點(diǎn)：CFD的基本特點(diǎn)是計(jì)算量大、進(jìn)程通信量大，因此，要求系統(tǒng)采用高內(nèi)存，高主頻CPU，高速率，高帶寬數(shù)據(jù)總線和多CPU的系統(tǒng)配置，高速率，高帶寬，低延遲的網(wǎng)絡(luò)；軟件的擴(kuò)展性特點(diǎn)：擴(kuò)展性比較好，在64-128CPU以內(nèi)都能獲得較好的并行性能。軟件的并行技術(shù)：CFD算法通常采用MPI等消息傳遞方式實(shí)現(xiàn)，屬于分布式內(nèi)存應(yīng)用程序，該類應(yīng)用程序并行效果好，對內(nèi)存的需求沒有共享內(nèi)存類型的應(yīng)用程序大，而且對本地交換硬盤性能要求不高。消息傳遞方式可適用于SMP或者DMP結(jié)構(gòu)的服務(wù)器上。精選課件pptCFD、CAE應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介制造行業(yè)CAE的應(yīng)用可以分為下面兩個子學(xué)科：隱式有限元分析（IFEA）采用隱式算法的CAE軟件主要有：ABAQUS/Standard、ANSYS、MSC.NASTRAN等，適合求解靜力、模態(tài)、屈曲等問題對計(jì)算資源需求的特點(diǎn)：隱式解法的基本特點(diǎn)是內(nèi)存占用多、磁盤IO大、進(jìn)程通信量大，通常在計(jì)算過程中，會產(chǎn)生大量臨時存放但對性能需求很高的本地交換文件。因此，隱式解法要求系統(tǒng)的內(nèi)存容量大、訪存帶寬高、磁盤IO速度快、通信延遲低；軟件的擴(kuò)展性特點(diǎn)：擴(kuò)展性比較差，計(jì)算性能在8-16CPU以上就很難獲得進(jìn)一步的提升；軟件的并行技術(shù)：隱式算法通常采用OpenMP或者Pthreads等共享內(nèi)存的方式實(shí)現(xiàn)。采用共享內(nèi)存方式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)容易，性能較高，但只能運(yùn)行在SMP結(jié)構(gòu)的服務(wù)器上。精選課件pptCFD、CAE應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介制造行業(yè)CAE的應(yīng)用可以分為下面兩個子學(xué)科：顯式有限元分析（EFEA）采用顯式算法的軟件主要有ABAQUS/Explicit、LS-DYNA、PAM-CRASH等，適合求解接觸、碰撞、沖擊等問題對計(jì)算資源需求的特點(diǎn)：顯式解法對內(nèi)存、磁盤IO和通信延遲的要求要低一些。軟件的擴(kuò)展性特點(diǎn)：擴(kuò)展性較好，在64-128CPU以內(nèi)都能獲得較好的并行性能。軟件的并行技術(shù)：顯式算法通常采用MPI或者PVM等消息傳遞方式實(shí)現(xiàn)。消息傳遞方式可適用于SMP或者DMP結(jié)構(gòu)的服務(wù)器上。精選課件ppt氣象環(huán)境數(shù)值天氣預(yù)報是根據(jù)大氣實(shí)際情況，在一定初值和邊值條件下，通過數(shù)值計(jì)算，求解描寫天氣演變過程的流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組，預(yù)報未來天氣的方法。這種預(yù)報是定量和客觀的預(yù)報。空氣質(zhì)量預(yù)報是以數(shù)學(xué)方法描述源與環(huán)境之間定量關(guān)系的空氣質(zhì)量模式，特別是主要以描述大氣對污染物的輸送、擴(kuò)散和稀釋的空氣質(zhì)量擴(kuò)散模式的應(yīng)用氣象環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介精選課件ppt氣象環(huán)境模式前處理部分模式前處理部分主要功能是為模式主體運(yùn)行部分提供輸入資料模式主體運(yùn)行部分

模式主體運(yùn)行部分及計(jì)算求解部分，是整個系統(tǒng)的核心模式后處理部分

模式后處理主要是將輸出數(shù)據(jù)(降水)以圖形方式顯示出來，用于業(yè)務(wù)預(yù)報參考?xì)庀蟓h(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介精選課件ppt氣象環(huán)境常用模式HPC各應(yīng)用領(lǐng)域軟件簡介數(shù)值天氣預(yù)報WRF數(shù)值天氣預(yù)報是根據(jù)大氣實(shí)際情況，在一定初值和邊值條件下，通過數(shù)值計(jì)算，求解描寫天氣演變過程的流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組，預(yù)報未來天氣的方法。

WRF模式是在MM5模式上發(fā)