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第0002期 • 2007.09.20發行
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校務服務

卓越計算中心之高效能運算服務

作者:張傑生 / 臺灣大學計算機及資訊網路中心作業管理組

前言
隨著資訊科技日益發達,計算機設備日新月異,學術研究的進行方式也隨之變化演進。傳統的理論研究者,往往只能以紙筆進行複雜的計算工作,然而當問題規模成長,人們的大腦已經無法容納許多複雜的問題,此時透過電腦進行程式模擬,便成為不可或缺的實驗工具。同樣的,許多風洞實驗、流體力學、高能物理、粒子碰撞、基因序列、藥物合成的研究者,也不再拘泥於過往的hands-on (dirty lab)實驗,取而代之的,是利用各種模擬計算程式,達到虛擬化實驗的目的,以取得所需之實驗數據,完成研究。由此可知,對於校內許多研究團隊而言,高效能運算設備是不可或缺的實驗儀器,唯有藉助資訊科技的協助,才能在短時間內獲得所需的實驗數據。

為提供校內研究團隊進行各式實驗模擬所需之科學計算能力,本中心自 2003年起,開始規劃網格計算(Grid Computing)服務,透過「推動研究型大學計畫」之經費補助,分別於 2003 年與 2005 年建置兩組平行化計算叢集(Cluster),共計 128 組計算節點。其後於 2006 年獲「邁向頂尖大學計畫」之經費補助,再度建置一組 106 計算節點之平行化計算叢集(Cluster)以及一組SMP架構之大型運算主機。目前本中心之高效能運算設備架構圖如下:

平行化計算叢集(Cluster)提供平行分散式計算之程式環境,特別適合平行化程式之需求。程式可以將計算工作切成細小等分,分散至不同計算節點上同時進行,以降低程式執行時間,加速實驗進行。

而SMP架構之大型運算主機,配備64顆CPU與256 GB之記憶體。其內建之大量記憶體,對於傳統的 sequential program 特別有幫助,方便需要使用大量記憶體之計算程式,進行 large scale dataset 之處理。
 
計中四套高效能運算設備分工如下表:

設備名稱

硬體規格

適合用途

2003 cluster

每一節點
Dual P4 Xeon 2.0GHz CPU
1GB memory

由於硬體等級相對落伍,目前以支援教學課程為主,並提供使用者程式學習、練習、開發、除錯之環境。

2005 cluster

每一節點
Dual P4 Xeon 3.2GHz CPU
5GB memory

目前服務主力。由於nodes之間採用gigabit ethernet串接,在大量MPI資料交換的情況下overhead成本相對高昂。因此我們鼓勵serial program及使用低於8 nodes以下的MPI program於此環境下執行。

2006
SMP

單一主機
64 * Power5+ 1.9GHz CPU
256GB memory

目前服務主力。單機具備大量CPU及記憶體,特別適合使用OpenMP平行化之程式以及需要大量記憶體空間之程式執行。

2006 cluster

每一節點
Dual P4 Xeon 3.0GHz CPU
with dual core
4GB memory

目前服務主力。Nodes之間採用高階Infiniband switch串接,因此網路傳輸之latency極低,特別適合大量MPI資料傳輸交換之用。我們鼓勵需要大量計算節點之MPI程式於此環境下執行。

使用者可依照自己程式特性及需求,將程式submit至適合的環境下執行。每套系統都有一支scheduler排程軟體,負責系統資源分配及程式執行優先順位之排序,使用者必須接受該scheduler之安排,以先進先出之原則依序前進。程式執行之流程大致如下圖所示:

除了上述所提之硬體建置之外,本中心亦針對校內研究所需,即將購置多套商業軟體,包括: Matlab, Mathematica, SAS, SPSS, Gaussian, VASP, Discovery Studio, Material Studio 等。希望能夠分別滿足數學、科學計算、統計、物理、生物、蛋白質、材料、力學等領域之實驗計算。
 
為了讓使用者瞭解如何運用這些服務,本中心每年將分別針對硬體操作、軟體環境、程式設計、套裝軟體等議題,開授 160 小時之教育訓練,並將課程錄影上網,方便研究團隊未來自我訓練精進。 相關課程資訊,請至本中心教學組網站查詢。

目前使用本中心高效能計算服務的研究團隊,遍及校內物理系、化學系、凝態中心、土木系、機械系、工科系、農藝系、光電所、電子所、電信所、資工系與藥學系等單位,總計約三十餘組研究團隊。

最後,如果貴研究團隊有需要使用本中心所提供之「高效能運算」服務,敬請與我們聯絡。謝謝您的支持。

Let’s go computing!

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