超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書

獲得世界高性能計(jì)算應(yīng)用最高獎(jiǎng)“戈登.貝爾”獎(jiǎng)，基于互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書 1 5 5 6 8 12 13 16 16 21 31 31 32 38 41 44 45 50超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書 53 54 56 60 62 62 63 64 66 70 73 76 76 77圖/表目錄 3 5 7 9 13 14 23 31 51 53 57 60 超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書1一、發(fā)展背景術(shù)，作為變革性力量，帶來全新的生產(chǎn)方式、超級(jí)計(jì)算能力是衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)科技競(jìng)爭(zhēng)力和綜合實(shí)力的超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書2算中心、中國(guó)國(guó)家網(wǎng)格（ChinaNationalGrid，CNGrid）等戰(zhàn)略性錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國(guó)家算力基礎(chǔ)設(shè)施[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書3圖1中國(guó)超算產(chǎn)業(yè)三位一體協(xié)調(diào)發(fā)展策略傳輸問題備受關(guān)注，需升級(jí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，優(yōu)化大規(guī)模數(shù)據(jù)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書4“卡脖子”問題，加快建設(shè)自主軟硬件生態(tài)的緊迫性。優(yōu)勢(shì)的重要策略，例如美國(guó)的能源科學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)ESnet（Energy超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書5圖2超算互聯(lián)網(wǎng)的重要特征6超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書7圖3超算互聯(lián)網(wǎng)支持多方生態(tài)協(xié)作超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書8超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書9圖4超算互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具備的關(guān)鍵能力心及具有區(qū)域或行業(yè)優(yōu)勢(shì)的各類算力中心的資源，支持納管量可調(diào)度能力，支持跨架構(gòu)、跨地域、跨層級(jí)、跨運(yùn)營(yíng)主體的資源管理與任務(wù)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)全局統(tǒng)一存儲(chǔ)服務(wù)，屏蔽超算開發(fā)、集成一批領(lǐng)域應(yīng)用軟件，支持用戶基于工作流和領(lǐng)域高性能計(jì)算機(jī)應(yīng)用的瓶頸問題，能夠運(yùn)行面向國(guó)產(chǎn)計(jì)算芯片超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書件移植成本，提高移植效率，實(shí)現(xiàn)軟件一次編程后跨中心跨在產(chǎn)學(xué)研之間、軟硬件之間、上下游之間、多平臺(tái)之間形成4.高水平人才隊(duì)伍保障能力超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖5超算互聯(lián)網(wǎng)參考模型超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖6從超算網(wǎng)格到超算互聯(lián)網(wǎng)的演進(jìn)關(guān)系3錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國(guó)家算力基礎(chǔ)設(shè)施[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2022,48(9超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書(一)發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視超算設(shè)施互聯(lián)共享持建設(shè)的公益性設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，如能源科學(xué)網(wǎng)絡(luò)ESnet6、開放科學(xué)網(wǎng)格超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書景實(shí)現(xiàn)。在超級(jí)計(jì)算領(lǐng)域，歐盟先后實(shí)施歐洲先進(jìn)計(jì)算伙伴計(jì)劃超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國(guó)家算力基礎(chǔ)設(shè)施[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),20袁珩,張麗娟.“數(shù)字歐洲計(jì)劃”2021—2超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖7EuroHPC（2021-2027）發(fā)展策略框架表1EuroHPCJU納管的超級(jí)計(jì)算機(jī)列表petaflopspetaflops123MARENOSTRUM54MELUXINA56DISCOVERER789N/A超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖8日本高性能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施(HPCI)分布HPCI網(wǎng)絡(luò)由日本信息科學(xué)與技術(shù)研究組織（RIST）負(fù)錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國(guó)家算力基礎(chǔ)設(shè)施[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2022,48(9):1超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書真模擬技術(shù)普及應(yīng)用。HPCI網(wǎng)絡(luò)不僅幫助圖9中國(guó)超算基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展歷程超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖10“十三五”國(guó)家高性能計(jì)算環(huán)境8錢德沛.構(gòu)建支撐科技創(chuàng)新的新一代計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施[J].數(shù)據(jù)與計(jì)算發(fā)展前沿,2020,2(1):1超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書持多維度角色權(quán)限管理，提供租戶虛擬化層隔離、租戶內(nèi)部·中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心的生物醫(yī)藥應(yīng)用服務(wù)社區(qū)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書蓋生物信息、藥物靶標(biāo)鑒定和藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，支持基因組環(huán)節(jié)，滿足結(jié)構(gòu)、流體、電磁等不同領(lǐng)域的云端設(shè)計(jì)仿真一·國(guó)家超算天津中心的高通量材料計(jì)算平臺(tái)（mathtc.nscc-支持多組元材料體系從微觀、介觀到宏觀的結(jié)構(gòu)、物性和服役行為的多尺度計(jì)算仿真技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)材料計(jì)算設(shè)計(jì)的全流超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書距離無損無限帶寬（IB）通信技術(shù)，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)濟(jì)南-青島跨地超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書中國(guó)移動(dòng)和國(guó)家超算無錫中心聯(lián)合開展了按實(shí)際使用量付費(fèi)的容損LT-RDMA設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到85Gbps，是普通RDMA速率中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心持續(xù)優(yōu)化建設(shè)具有基礎(chǔ)設(shè)施形正式上線全國(guó)一體化算力服務(wù)平臺(tái)（實(shí)現(xiàn)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書設(shè)了國(guó)內(nèi)首個(gè)云-網(wǎng)-邊-端一體化的算力基礎(chǔ)設(shè)施試驗(yàn)場(chǎng)。鵬城實(shí)驗(yàn) 超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn);中國(guó)信息通信研究院聯(lián)合北京航空航天大超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖11超算互聯(lián)網(wǎng)總體參考架構(gòu)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書對(duì)于人工智能計(jì)算中心，異構(gòu)系統(tǒng)更加普遍，除了廣泛采用的超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書現(xiàn)，比如通過在交換機(jī)上執(zhí)行reduce計(jì)算的在網(wǎng)計(jì)算(in-network超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書大的能耗不僅給算力中心運(yùn)營(yíng)帶來高昂的成本開銷,而且對(duì)計(jì)算機(jī)的超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書VR/AR、大模型訓(xùn)推一體等應(yīng)用中，云邊端之間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。將技術(shù)、管理、流程進(jìn)行有機(jī)整合，提高超算互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)生安全能力。超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書商城管理包括應(yīng)用的封裝與發(fā)布、商戶的入駐與管理等,應(yīng)滿足超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書應(yīng)用層既是超算互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的目標(biāo)對(duì)象，也是超算技術(shù)與其他行工智能（AIGC以及人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究（AIForScien在科學(xué)計(jì)算方面，支持大氣科學(xué)之全球氣候海洋模式、空氣質(zhì)量超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書在數(shù)據(jù)密集型計(jì)算方面，支持智慧城市之視頻數(shù)據(jù)處理，生命信本白皮書在第六章進(jìn)一步分析闡述了超算互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新使用模式超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書高效是跨域異構(gòu)算力調(diào)度的關(guān)鍵，需要讓用戶對(duì)跨域調(diào)度無感，異構(gòu)編程的語(yǔ)言和接口，如Nvidia的平臺(tái)且可屏蔽硬件細(xì)節(jié)的編程模型/語(yǔ)言，使程序從源頭上適應(yīng)支撐庫(kù)存在接口、版本、性能不統(tǒng)一的問題;研究開發(fā)異構(gòu)程序轉(zhuǎn)換遷移超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書4.高速互聯(lián)的新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書20ms時(shí)延跨國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)算力網(wǎng)將在示范區(qū)域內(nèi)初紐節(jié)點(diǎn)間網(wǎng)絡(luò)傳輸費(fèi)用大幅降低10。另外，也需要持續(xù)研究遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委等部門印發(fā)的《關(guān)于深入實(shí)施“東數(shù)西算”工程超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖12超算互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書調(diào)度的基本單位、格式、輸入，并能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上用戶和本地用超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖13超算互聯(lián)網(wǎng)主要參與方及其關(guān)系超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書付、客戶服務(wù)、售后過程中面臨的系列問題，幫助服務(wù)商輕超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書性技術(shù)問題，統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)與開發(fā)環(huán)境，降低底層硬件異構(gòu)超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖14超算互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商參考運(yùn)營(yíng)架構(gòu)構(gòu)建類電商應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，以互聯(lián)網(wǎng)思維開展平臺(tái)構(gòu)建、產(chǎn)品開超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書4.支撐：數(shù)智化超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書圖15國(guó)家超算互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合體正式成立儀式超算互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合體以強(qiáng)化國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展能力為超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書允許用戶選擇最合適的算力中心或者同時(shí)享受多4.更緊密的產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)作模式超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書算力就會(huì)呈現(xiàn)數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng),比如多模態(tài)虛擬路測(cè)將再帶來若干個(gè)數(shù)正在激增。社會(huì)認(rèn)知大腦是通過實(shí)時(shí)感知社會(huì)大眾的網(wǎng)絡(luò)空間活動(dòng),然后對(duì)各類感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模,為化解風(fēng)險(xiǎn)和行動(dòng)決策提供有效超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書計(jì)算流體力學(xué)(CFD)通過數(shù)值求解各種流體動(dòng)力學(xué)控制方程，達(dá)徐傳福,車永剛,李大力,等.天河超級(jí)計(jì)算機(jī)上超大規(guī)模高精度計(jì)算流體力學(xué)并行計(jì)算研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),龔春葉,包為民,湯國(guó)建,等.航天領(lǐng)域高性能并行計(jì)算研究進(jìn)展[J].J4,2014,36(09超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書粒子輸運(yùn)理論是研究微觀粒子在介質(zhì)中遷移統(tǒng)計(jì)規(guī)律的數(shù)學(xué)理論,在核武器、核電、放射性治療等領(lǐng)域已產(chǎn)生多款粒子輸運(yùn)數(shù)值模占美國(guó)能源部高性能計(jì)算系統(tǒng)上實(shí)際物理模擬運(yùn)行時(shí)間的50-80%。李翊誰,穆雨桐,遲利華,等.數(shù)域篩法研究綜述.計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2018,38(S超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書借助強(qiáng)大的計(jì)算能力和先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘算法，新材料研發(fā)已由“經(jīng)驗(yàn)+試錯(cuò)”模式向計(jì)算驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)變。通過采用不同時(shí)間尺度和超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書擬，計(jì)算結(jié)果更加接近真實(shí)，相應(yīng)地對(duì)計(jì)算能力超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書108次級(jí)別。超算互聯(lián)網(wǎng)通過實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨超算中心的算力調(diào)度和17安世亞太科技股份有限公司.數(shù)字孿生超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書超算互聯(lián)網(wǎng)白皮書AIArtificialIntelligenceAIGCArtificialIntelligenceGeneratedAPIApplicationProgrammingInterfaceComputerAidedEngineCommand-LineInterfCentralProcessingUEnergySciencesNetwoEuropeanHighPerformanceComputGraphicsProcessingHighPerformanceComputiHighPerformanceComputiMaaSSimpleLinuxUtilityforReManagement1.李國(guó)杰.發(fā)展高性能計(jì)算需要思考的幾個(gè)戰(zhàn)略性問題.中國(guó)科學(xué)院院刊，2.錢德沛,欒鐘治,劉軼.從網(wǎng)格到"東數(shù)西算":構(gòu)建國(guó)家算力基礎(chǔ)設(shè)施[J].北京航空航天