高性能国外永久服务器

编者按随着我国"十一五"规划中把高性能计算机作为信息产业的重点培育对象之一,为推动我国高性能计算机领域的自主创新,制定适合产业发展的相关技术标准,8月18日,召开了中国高性能计算机标准工作委员会筹备大会暨中国高性能技术与标准研讨会.
研制高性能计算机是保护国家关健战略核心应用领域信息安全、打破西方发达国家对我国高性能计算机和关健技术的封锁和垄断、提升我国服务器领域核心竟争优势的有力手段.
美国作家肯·凯西曾说过:"有时候我们无法等待某个人.
现在,你要么在车上,要么没上车.
"高性能计算机标准对中国高性能计算机产业意义深远,如果我们现在还没有上车,我们可能要永远错过这趟开往春天的列车,并且将滑向民族服务器产业萧条的寒冬!
中国高性能食计算机技术及标准现4151IAnalysisofHigh-performanceComputerTechnologyand中国科学院计算技术研究所国家智能计算机研究开发中心曾StandardsinChina宇王洁摘要分析了当前国内外高性能计算机技术发展现状及趋势,阐述了在以机群为载体的泛高性能计算时代所面临的技术及市场发展的全新机会,并从ISO,IEC,ITU标准、行业标准和企业标准三个方面,剖析了当前国内外高性能计算机标准现状.
指出发展中国高性能计算机标准势在必行,且对中国高性能计算机产业的良性发展具有重要的意义.
关链词高性Wt算机标准书麟刀片MR*器Abstract:Thispaperanalyzesthecurrentstatusanddevelopmenttrendsofhigh-performancecomputertechnology,explainsthenewtechnologyandmarketopportunityintheextensive-usedHPCtimesbasedonclusterarchitecture.
ThispaperalsoanalyzesthecurrentHPCstandardssituationathomeandabroadfromthreeaspectsasISO,IECITUstandards,industrystandardsandbusinessstandards,andpointsoutthatitisimperativeandhasfar-reachingeffortstodevelopandtodrawChineseHPCstandards.
Keywords:high-performancecomputer(HPC);standards;cluster;bladeserver1国内外高性能计算机技术发展现状及趋势1.
1体系结构创新的前夜当前高性能计算机体系结构的主流仍然是以Cluster架构来构建更大规模的并行高性能计算机系统.
可以说,当前高性能计算机的发展正处在体系结构重大创新的前夜,欧、美、日等发达国家不断加大HPC的投人,其中最具代表性的就是美国能源部的ASCI计划、HPCS计划和相关高端振兴计划,分别由Intel,SGI、旧M、日尸等构建超大规模的机群系统(如Sun的HERO计划、Cray的Cascade计划及IBMPERCS计划等).
2006年6月28日在德国德累斯顿市发布的全球下OP50.
排行榜中,旧M和美国能源部国家核安全管理局联合开发的BIueGene/L峰值计算速度达367Tflops,再次蝉联榜首.
9月,IBM发布了代号为"RoadRunner"的干万亿次超级计算机研发计划,该计划期望基于16000颗AMDOn士eronCPU和16000颗八核Cell处理器芯片,最终实现千万亿次计算能力.
当前,欧洲的高性能计算机的研发侧重于工具软件和应用,而日本则以向量为基础的定制系统为主流.
日本NEC的EarthSimulator结合了向量处理技术和MPP技术,利用带向量部件的节点构建MPP系统,不但在丁OP500中取得了非常好的成绩,而且实际运行效率也比zoos年第10期http://www.
its.
cesi.
cn乡较高.
美国的CrayX1系列也采用了类似的结构.
我国曙光公司发布了以龙芯三号国产CPU来构建100万亿次曙光5000超级计算机的"超龙"计划.
该计划预期在2008年推出曙光5000A百万亿次超级计算机,2010年推出每秒浮点运算速度达干万亿次的曙光6000超级计算机.
超龙计划使得中国成为继美国、日本之后第三个宣布千万亿次超级计算机研发计划的国家.
可以说,当前在高性能计算平民化趋势进一步彰显的表象下,一场新的高性能计算机体系结构的创新正在进行.
1,2以机群为载体的高性能计算机已成为市场主流当前,全球丁OP500已经成为高性能计算领域的晴雨表.
从近几年丁OP500公布的计算机列表中可以看到一个明显的现象,就是机群系统所占比例迅速增加,1997年只有一台,但是到今年6月28日已经达到364台,占到下OP500的72.
8%(见表1).
表1全球TOP500体系结构体系结构数t比率%处理器数机群36472.
80412099M尸p9819.
60414962星群387.
6046534总计500100873595算机应用的深度和广度在急剧提高.
在深度方面:如北京2008年奥运气象预报要求分辨率从15公里提升到3公里;在广度方面,原来不需要HPC的领域,比如政府、企业、诸多行业信息中心,由于信息处理量和访问量剧增,没有高性能计算机已无法完成信息整合和处理能力的提升.
机群技术的日益普及已经深刻影响了高性能计算产业的发展,并推动全球高性能计算产业进人一个平民化应用时代,我们也称之为"泛高性能计算时代".
1.
3高性能计算机技术发展趋势纵观高性能计算机技术的发展历程,过去十年来,机群技术发展迅猛,现在已成为中高档高性能计算机市场的主流产品.
机群系统的技术门槛不断降低,Linpack机群已成为工业标准化产品.
与此同时,高效能和高生产力正在孕育未来高性能计算机的创新机会.
可以说,未来三年我们都将处在高性能计算机体系结构创新的前夜,由此推动未来高性能计算机如下发展趋势:基于刀片式服务器的机群架构兴起;高性能计算机标准化深人到泛高性能计算时代;64位x86架构小型机挑战RISC小型机的统治地位;虚拟计算技术在高性能计算机中有着更深层次的发展;并行体系结构向多层次、多粒度方向发展;高性能计算机硬件发展逐步面向应用.
机群系统能有今天的地位,主要得益于三方面的原因.
第一,机群采用了开放的技术结构,技术门槛不断降低,较易普及.
在丁OP500的操作系统中,匕inux系统伴随着机群系统的兴起也有不凡表现,1998年只有一套,但是到2006年6月已经达到367套,占到了TOP500的73.
4%0第二,机群比其他结构更容易利用摩尔定律,从而成本不断降低.
第三,机群使用了比较稳定的编程模式和使用模式,从而促使应用水平不断提高(不论在技术计算领域、商务应用领域还是在互联网主机应用领域,都是如此).
正是因为机群具有上述优势,再加上开源Linux操作系统及商品化计算部件、交换和存储部件的推动,机群系统近年来得到了广泛应用.
需要强调的是,机群系统并非采用商品化部件、开源监控管理、作业调度等软件堆叠的非标准化、零散性、无序性、与应用脱节的PC服务器群,而是通过相关软硬件整合而成的标准化、一体化、专用化、好用、高可用、安全、智能化的系统.
当前,以机群为载体的高性能计算机已广泛应用于教育、游戏、气象、石油、航空航天、金融、生物、制造、信息建设等各个领域.
高性能计项信息杖术与标难化2国内外高性能计算机标准发展现状2.
1ISO,IEC,ITU标准根据对相关标准组织的查询,目前在ISO,IEC,ITU三大国际标准组织中目前尚无系统化描述高性能计算机的标准和标准工作组存在,但由于高性能计算机是当前对机群、小型机、高端]IA服务器、刀片式服务器等产品的泛称,是一整套各类IT技术的整合体,在当前各类高性能计算机的产品形态和相关标准中,大量采用了}SO,IEC,ITU标准体系中各功能子模块的技术标准.
比如,IEC60297标准族作为描述刀片服务器系统机械结构尺寸的标准,是所有刀片服务器标准的共同基础.
其他涉及到ISO,IEC,ITU的技术标准包括:光纤传输标准、以太网传输标准、Infiniband传输标准、IDE磁盘驱动标准、SA下A磁盘驱动标准、SAS,RAID,iSCSI,PCI/PCI-Express总线标准等.
由于上述标准是各类计算与通信类IT产品的基础技术标准,在现存的高性能计算机系统中均加以采用,因此本文不对上述技术标准做具体描述.
2006年第10期2.
2行业标准组织及其标准基于高性能计算机市场的巨大空间以及高性能计算机产品的复杂多样性,目前业界已经成立了多个面向高性能计算机产品的行业标准组织,这些标准组织由整机制造商、芯片制造商、通信厂商、系统集成商等共同组成,旨在为新兴的高性能计算机市场如刀片服务器市场、机群市场建立统一的产品设计标准与性能指标,从而带动相关企业的合作互惠.
目前,在高性能计算机领域具有较大影响力的行业标准组织及其相关标准如下.
(1)PICMG与CompactPCl标准PC{工业计算机制造商协会(PICMG,PCIIndustrialComputerManufacturersGroup)成立于1994年,主要工作目标是为各类嵌人式计算机系统研制通用技术标准.
由PICMG制定的PICMG2.
0标准,即CompactPCl标准定义了一种基于背板连接的计算机系统和I/O系统的标准.
CompactPCl标准由于自身存在的一些局限,未能很好地满足刀片服务器设计的需求,各厂商在设计产品时,根据不同应用领域对服务器性能、功耗、功能等方面的不同要求,在CompactPCl标准的基础上进行变化,衍生出不同规格的刀片服务器产品,这些产品只与CompactPCl标准保持部分兼容;加之CompactPCl标准本身1.
0版与2.
0版之间也互不兼容,从而导致当前刀片服务器各厂家产品互不兼容的局面.
2001年,PICMG开始制定面向下一代高性能计算与电信应用服务器的PICMG3.
.
标准《先进通信计算机构架)))(AdvancedTCA),简称A丁CA.
PICMG的网址为:httiD://www.
picmg.
org/o(2)BIadeCenter联盟与标准BIadeCenter联盟主要由旧M与}ntel组成和主导.
联盟的基础为旧MeServerBIadeCenter刀片服务器规范,与其他技术标准组织不同的是,BIadeCenter联盟的主要工作目标不是建立一个由多家企业共同参与制定的中立产品标准,而是专注于对IBMeServerBIadeCenter服务器规范的推广与合作伙伴倍养.
目前,该联盟已经吸引了包括CipherOptics、Cisco、Nominum、Nortel、Nokia、OLogic,SANRAD等在内的国际知名厂商的支持.
IBM更是在2006年获华登国际1亿美元的风险投资用于未来五年内BIadeCenter体系的合作伙伴,发展基于BIadeCenter标准体系的刀片服务器及其解决方案的推广.
厂商基于BIadeCenter联盟制定的设计规范可以设计包括网络应用、存储、交换等类型的刀片,目前BIadeCenter联盟不对外开放背板与控制部分的接口与规范.
BIadeCenter联盟的网址为:httiD://www.
blade.
org/,(3)DMTF与SMASH服务器硬件系统.
理框架服务器硬件系统管理架构(SMASH)套件是由分布式管理特别工作组(DM丁厂)公布的一套对高性能计算机进行管理的技术规范,其核心为SMASH命令行协议(CLP)规范.
SMASHCLP独立于机器状态、操作系统、服务器系统拓扑结构及访问方法,可简单、直观地管理数据中心内的异构服务器系统.
其最初由}ntel,Dell、旧M以及HP等四家公司于2003年12月发起,该框架协议对网络中服务器的寻找、配置和管理等界面进行定义和规范,以帮助独立软件开发商(ISv)和系统管理员编写可兼容各种硬件的服务器管理软件系统.
除工作组的四家发起厂商外,目前AMD和Sun也对这一标准表示支持.
SMASH的网址为:httiD://www.
dmtf.
org/standards/smash/,(4)IPMI标准及规范}尸M}(Inte川gent尸latformManagementInterface)规范是由}ntel,Dell,HP和NEC为了降低服务器管理系统的开发成本及管理成本,并解决不同异构服务器信息融合等问题而共同制定的规范.
IPMI标准由三部分组成:智能平台管理接口、智能平台管理总线(IPMB),智能机箱管理总线(ICMB),IPM}规范定义了管理软件和机箱管理硬件的接口.
IPMB规范定义了内部智能平台管理总线.
ICMB规范定义了IPMI使能系统的外部总线.
IPMI规范的网址为:http://www.
intel.
com/design/servers/ipmi/旧dex.
htm.
2.
3企业标准除上述高性能计算机相关的行业标准组织外,全球各大服务器厂商都制定了自己的高性能计算机产品及相关企业标准,其中包括相关企业自己的刀片式服务器标准及规范、监控管理标准及规范、存储交换标准及规范、机群操作系统标准及规范、虚拟化技术规范等.
综上所述,目前还没有一个得到业界主流厂商全面支持的高性能计算机产品标准.
各个企业或行业标准组织在高性能计算机领域制定的各类规范都还未形成全面推广的局面,这种现象在刀片服务器产品方面尤为突出.
由于目前各个标准在刀片式服务器一些关键模块的物理特性上(如刀片的物理规格)存在差异,导致现有的各个标准之间很难融合,企业在现阶段采用其中任何一个标准都会由于标准2006年第10期http://www.
its.
cosi.
cn炸的不确定性给企业的产品设计带来较大风险.
由各个服务器企业主导的相关服务器规范,由于企业间存在的利益冲突,一方面难以实现各规范之间的融合与统一,另一方面也会造成对后来者的限制与障碍.
这将给服务器企业和用户带来很大的风险,也将给整个产业的发展带来不利因素.
3高性能计算机标准对产业发展的作用和影响高性能计算机一直是关系到国家安全和国民经济重要部门的关键技术装备,国防、信息安全、石油勘探、气象预报、生物制药、工程仿真、科学计算、商业计算等都对高性能计算机提出了旺盛的需求,我国国民经济和社会的可持续发展越来越离不开高性能计算机.
高性能计算机在解决我国安全威胁、提高我国产业的自主设计能力和核心竞争力等方面有着不可替代的作用,是各国必争的战略制高点.
2002年以来,随着中低端服务器利润的进一步快速下滑,国内外各大服务器厂家开始寻找新的利润增长点.
技术水平要求高、市场进人比较困难、利润相对比较高的高性能计算机市场成为这些厂商争夺的新的制高点.
这些服务器厂商包括IBM,HP,Sun,Dell,SGI等等,由此在高性能计算机领域一场由国外服务器巨头和国内曙光、联想、浪潮等企业组成的战国逐鹿时代正式拉开序幕.
曙光4000A以2004年全球丁OP50.
排名第十的成绩标志着我国民族高性能计算机产业取得重大突破,以曙光为代表的中国高性能计算机产业崛起,不仅在市场上有效遏制了国外品牌的竞标价格,而且有力地促进了国内高性能计算力量的发展与竞争,拉动了我国高性能计算应用的升级,促使我国高性能产业浮出水面.
然而,我们也必须看到竞争的形势是异常残酷和危险的.
当前,国外服务器企业正在抓住高性能计算机产品升级换代的时机,抓紧制定和推出其自身的高性能计算机标准,从而打造从芯片、操作系统到基础架构、存储、交换、应用等全方位的产业链,其中比较典型的产品就是刀片式服务器.
对于旧M、日尸等国外大公司来说,在没有标准的情况下,他们起步早,技术实力和资金雄厚,可以独立开发整个刀片式服务器系统.
国内客户在选择刀片式服务器产品时,出于保护投资等方面的考虑,在产品互不兼容的情况下会更愿意倾向选择IBM等大公司的产品.
目前,IBM联合Intel公布了部分刀片式服务器设计规范,包括一些技术细节信息,但是利用这些信息无法重新复制整个系统,而且其关键的技术接口规范并没有向外界开放.
这样,根据该规范只能设计和生产刀片服务器部件,IBM则可以牢牢控制整个刀片式服务器产业链.
而对于国内服务器厂商而言,技术实力、资金以及品牌知名度都远不如跨国公司,同时在刀片服务器市场上起步较晚.
在这种情况下,如果不制定并执行统一的行业标准,还是各自为战,闭门设计整个刀片服务器系统,则国内服务器企业根本无法同国外服务器企业竞争,最后只能沦为永久贴牌生产国外服务器厂商的产品,戴沦为仅仅设计并制造国外服务器厂商刀片服务器系统的组件.
长期下去,中国的民族服务器企业必将失去技术话语权,中国的服务器产业也必定消亡}所以,只有国内服务器厂商采用统一高性能计算机标准,成立高性能计算机产业联盟,吸纳芯片、操作系统、交换存储、基础架构等厂商以及高性能计算机用户产业链上下游企业及用户单位,成立中国高性能计算机标准工作委员会,设计并制定高性能计算机各模块标准,才有可能在未来几年与国外服务器企业抗衡,并在国内服务器市场占有一席之地.
中国高性能计算机标准的制定可在中国市场内形成统一的产品标准,实现产品的规模化生产,避免产生垄断和技术壁垒,从而促进整个中国服务器行业的技术创新和发展.
目前国际上尚无统一的高性能计算机标准,各大厂商都在推广自己的标准,现在这个时候正是建立中国高性能计算机标准的大好时机.
加快高性能计算机标准化工作对中国高端高性能应用领域计算机国产化具有深远的意义,这不仅关系着民族产业的发展,更关系着国家信息应用的国防安全,意义深远.
4建议高性能计算机标准囊括体系架构、操作系统、交换存储、安全、基础架构、刀片式服务器、个人高性能计算机、高性能计算机应用等诸多方面,涉及诸多底层技术与应用技术,且与应用需求密切相关.
为保障未来高性能计算机标准的顺利制定,高性能计算机标准制定一定要遵循循序渐进的原则,从最关键的领域、最迫切需要制定标准的领域、最容易出成果的领域人手(比如首先拟定中国的刀片式服务器标准),再扩展到体系架构、存储交换、操作系统等高性能计算机产业链诸多核心环节.
同时在中国高性能计算机标准制定中,未来的标准工作组可与其他相关国际标准组织积极沟通合作,在坚持中立开发的原则下,吸纳其他标准组织的工作成果,完善中国高性能计算机标准,从而使其具有更广泛的推广基础.
皿(收稿日期:2006-09-11)雄、信息杖术与标准化2006年第10期