超算与大数据融合创新发展-北京

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行器跨空域、跨速域气动问题提供依据
– 140亿网格规模下对真实返回舱外形进了
模拟
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2、中心应用情况:高精度大型工程仿真平台
与广东省智能制造研究所共建基 于超算的工业制造研究服务平台
– 广州昊志机床关键部件耦合场研究 – 中海油海洋平台吊机疲劳测试 – 广州瑞松机器人可靠性测试
大型机械装备仿真模拟计算优化
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2、中心应用情况:高精度大型工程仿真平台
三维溃坝水流精细仿真模拟
– 以1平方米高分辨率网格覆盖进行11平方
公里城区的洪水数值计算,5分钟内完成 洪水传播全过程模拟
– 攻克了大型水利工程仿真模拟效率瓶颈,
揭示深层次物理机制,推动了水利学科向 精准科学发展
复杂跨流域稀薄气体流动模拟
– 跨流域稀薄流动精细模拟,为解决高速飞
2、中心应用情况:天文地球物理平台
中微子对宇宙大尺度结构演化的影响
– 160万CPU和MIC核,成功进行了
1100亿粒子的模拟
✓ 国际上目前规模最大的中微子宇宙尺
度演化模拟
✓ 2017年6月Nature发表
大规模地震模拟
– 大规模地震模拟应用Seissol,入围
2014年国际高性能计算应用领域的最 高奖-GordonBell奖提名
2014.6~2016.1
全球唯一TOP500、HPCG两项权威排名位列 前三的系统,充分体现其平衡系统设计优势
1、中心建设概述
目标与定位: 具有中国特色的世界一流超算中心
大科学 大工程 新产业
科学研究平台
技术创新平台
交流合作平台
学科建设平台
人才培养平台
2、中心应用情况
应用分类 – 高性能计算应用 – 云计算应用 – 大数据应用
的难题
– 以某大型阵列天线罩优化设计为例,运用
天河二号的仿真计算时间由原来的数天减 少至仅需3个小时,加速数十倍
核电工程仿真
– 提高核反应堆的安全性、经济性 – 完成高分辨率秦山一期核反应堆堆腔漏束
屏蔽计算,粒子数高达5476亿,计算时 间仅需0.4小时
– 首次精确给出我国在役核反应堆主管道范
围内的中子注量率全区域三维分布
TH-Net
大规模混合层次式并行存储系统 12.4PB
1、中心建设概述
天河二号的创新
– 异构多态体系结构 – 自主定制互连网络 – 层次式加速存储架构 – 高效自治的软件栈 – 高密度高精度结构工艺
世界超级计算机排行榜Top500“六连冠”
2013.6~2016.6
国际共轭梯度HPCG排行榜“五连冠”
– 发表在2017年6月29日《Cell》主刊
3、中心应用情况:生物医药健康平台
人类抗体重排机制起源研究 –大型基因组从头组装的运算量非常大,
每个需要3-5万核小时
–对多个高质量的文昌鱼基因组草图进行
深度信息学分析
–发现了六亿年前RAG转座子的“分子活
化石”,相关研究成果发表在Cell上
合理化药物设计 –助力天河二号开发结合能量计算程序 –绝对结合自由能计算值精度提高到误差
– 结果与AIRS, GOME-2和IASI等卫星
观测数据吻合
– 成功捕捉火山爆发期间二氧化硫污染
物在我国境内传输的动态信息
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2、中心应用情况:天文地球物理平台
珠江新城高层群体抗震性能数值 模拟 – 自主核心软件SAUSAGE; – 与施工现场实际监测结果高度吻合 – 科学指导高楼结构施工,防灾减灾
– 预言并在高压下合成新型Weyl半金属 – 确定量子材料ZrTe5高压下的超导相结构 – 获得实验手段难以取得的高压相结构
先进功能材料与能源材料研究
– 首次获得金属绝缘体相变材料VO2完整的温度相 关的声子色散关系(2017年1月Science发表)
– 与散裂中子源、同步辐射源等国家重大科技基础 设施运行单位深入合作,加速科研成果产出
– 为大型机械装备节能优化设计提供高精 度模拟数据
对我国航空发动机和燃气轮机等关键部 件的自主研制有重要支持作用
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2、中心应用情况:高精度大型工程仿真平台
商飞全机气动参数优化设计
– 6天完成过去2年的工作量
广汽集团车身侧面碰撞模拟
– 精度达到85%以上
广船国际船舶性能预估与设计
– 缩短设计周期,已完成5万吨油船、7.5万吨 油船 、8.2万吨散货船、11万吨斜尾原油船 航态性能预估与设计
2、中心应用情况:生物医药健康平台
高通量虚拟药物筛选
– 160万CPU和MIC核协同计算 – 一天完成4千万分子化合物的抗埃博
拉病毒药物筛选
✓ 国际上目前最快的已知化合物筛选
人类基因组测序
– 2000人基因组 30X深度测序 – 8小时完成原来8个月的工作量
3、中心应用情况:生物医药健康平台
– 精度超过95%,成本降低9成
国产微电子元器件辅助设计
– 飞腾新一代处理器,电子器件,芯片设计
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2、中心应用情况:新能源新材料平台
风电设计全生命周期
– 风机设计-全球风资源预测-风力发 电机组选址优化-风电场项目评估
– 智能 、精准、稳定 、高效 – 0.5 小时完成一个风电场分析
纳米材料研究
─ 全年总运行作业数超过854万个(环比2016年提升42%) ─ 四季度系统利用率最高达85.06%,整体系统平均利用率高达70.72%
系统软硬件全面扩容升级,搭建多套不同体系架构的计算平台
2、中心应用情况
国家自然基金委-广东省联合基金 超算应用专项
– 覆盖地球、工材、管理、化学、生命、数 理、信息、医学8大学部、606个科研团队
超算与大数据融合创新发展
OUTLINE
目录
01 中心建设概述 02 中心应用与研发情况 03 中心发展规划
国家超级计算广州中心
NATIONAL SUPERCOMPUTER CENTER IN GUANGZHOU
1、中心建设概述
超级计算机对科学发现、技术创新、产业革命的重要作用
– 高性能计算:是科学研究的三大手段之一 – 大数据处理:正成为科学研究的第四范式
– 研发基于第一原理计算的结构搜索模块
STEPMAX模块
– 19200核,200个体系并行模拟、每个
体系27648个分子
– 最优外推方案,比VASP等主流软件节省
计算量达39% 25
2、中心应用情况:新能源新材料平台
材料微组织演化相场模拟研究 – 22万核进行170亿计算格点的模拟可在
0.56秒完成一个时间步
✓ 这是中国高性能计算系统上的应用首
次入围该奖项
2、中心应用情况:天文地球物理平台
地核地幔的流体力学模拟
– 支撑判断星球可否成为可居住行星 – CPU+MIC矩阵算法比petsc效率提高
4倍,与单核串行运行结果相差在10 -10 量级内
大尺度长时间磁重联演化模拟
– 同时兼顾太阳大气微观小尺度精细结构
– 2015年9月6日,中山大学与广州市正式签署 了《国家超级计算广州中心委托中山大学管 理协议书》
1、中心建设概述
APM
Phi #48000
IVB #32000
FT-1500 #4096
性能 系统 机柜 能耗 制冷
54.9PFlops / 33.86PFlops
16000结点, 1.4PB内存
125+8+13+24=170 (720m2) 17.8 MW (1902MFlops/W) 密闭水风冷
2、中心应用情况:大气海洋环境平台
中国南海预报 –南海预报业务系统成功部署,7分钟完成 全南海78小时的海浪预报,14分钟完成南 海及周边地区78小时的风向和风力预报 构建中国短期气候预测系统 –每月开展滚动气候预测,4小时即可完成 未来6个月的气候预测,为我国防灾减灾提 供科学依据 广州市气象业务预报系统 –率先实现气象预报在超算中心的业务级运 行 –3公里模式每天运行4次,1公里模式每小 时运行6次,高分辨短临数值天气预报
华南地区高精度天气预报
业务化运行/实时监控
2、中心应用情况:天文地球物理平台
SKA(平方公里阵列射电望远镜)数据处理 – 国际首次部署、最大规模SDP数据处理框架、
亚洲分中心 天籁计划和天琴计划的数据处理 暗物质,暗能量,引力波研究 高能物理、天体物理、星体研究,标准烛光
测量 地外生命寻找
世界各国争相角逐超级计算机系统的主导地位
1、中心建设概述
天河二号超级计算机系统
– 国家863计划和核高基重大专项的标志性成果, 2013年6月研制成功,位列世界超算Top500 排行榜第一位
国家超级计算广州中心
– 广东省、广州市、国防科技大学、 中山大学 联合共建
– 2014年1月2日批复成立广州超级计算中心, 独立法人事业单位,编制50人
与宏观大尺度结构,稳定运行21天
– 为研究跨尺度级联分形湍流磁重联机理
提供了解决方案
2、中心应用情况:天文地球物理平台
多尺度地球问题多物理场数值模拟 – 典型矿物质地下高温状态下物理特性 – 孔隙中流体运移特征(服务于油气和
地热开采)
– 热液矿藏的成因机制 – 青藏高原东缘地壳变形机制
火山爆发污染物传输动态模拟
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2、中心应用情况:大气海洋环境平台
全球高分辨率大气环流模式FAMIL – 25公里高分辨率大气环流模拟,我国
首个最高分辨率可达6公里的全球大气 环流模式
– CMIP6国际高分辨率模式比较计划中
分辨率最高的4个模式之一
区域海洋模式 – 50年高分辨率暖池区海洋环流模式,
全面模拟印太暖池-南海地区中深层环 流结构 – 消除以往模式对2000米以下深度的模 拟“盲区”
– 基于介孔硅的核磁荧光双模态靶向 纳米探针机理研究及制备
– 用于癌症检测的光 - 磁双模态纳米 探针
2、中心应用情况:新能源新材料平台
石墨烯材料研究 – 首次实现了纳米带中四八元环可控嵌入 – 24小时内完成之前花费3个星期才能完
成的计算量
– 相关研究成果在Nature上发表
高温高压下的材料结构相变研究
岩土材料研究与应用 – 解决岩土材料随机场与有限元数值模
拟的多尺度耦合问题,随机场与离散 元的有效耦合难题
– 成果应用在深圳地铁8Hale Waihona Puke Baidu线、长沙地
铁4号线、珠三角城际轨道、广州市 金融城地下空间等大型工程项目中
2、中心应用情况:高精度大型工程仿真平台
复杂电磁工程仿真
– 提高仿真精度和复杂度,解决实际工程中
第三代测序数据组装复杂基因组测序 – 1个月分析量缩短到1天以内 – 全球首个基于Pacbio第三代测序技术的亚洲
人参考基因组,填补中国人群疾病研究缺乏 高精度参考基因组的短板
– Nature发表
大规模水稻全基因组数据关联分析 – 发现了对稻瘟病具有广谱持久抗性的水稻天
然变异位点、为防治稻瘟病提供了全新路径
– 产出高水平论文1580篇,SCI论文占比超 80%;Science、Nature、Cell等顶级期 刊论文15篇
– 覆盖2万多名科研人员开展超算应用,超过 22%使用基于“天河二号”自主研发软件
– 申请专利55项,获得各类奖项25项 – 提升科研水平、加速超算软件自主可控、
培养人才队伍、营造国产超算生态环境
机框
(16 x cn)
计算主板
ION
CPM
TH-2 系统
机柜 (8 x 机框)
32个计算节点
机柜63
32个计算节点
32个计算节点
32个计算节点
32个计算节点
机柜124
32个计算节点
32个计算节点
32个计算节点
NRM
NRM
576端口交换机0
SWM
BTM
BTM SWM
NRM
NRM
576端口交换机i
SWM
– 完整模拟可在一天内完成 – 获得2016年“戈登·贝尔奖”提名
扩展自适应偏置力(eABF)计算
方法 – 基本解决ABF方法的缺点,扩展其应用
范围,收敛速度约为原方法3倍,计算 效率显著提高
– 算法已被国际上广泛使用的分子动力学
软件NAMD官方版本所收录
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2、中心应用情况:新能源新材料平台
量子材料高压相变研究
总体情况 – 用户数量已超2570家 – 支撑国家级课题超过800项 – 支撑省、市课题超过80项
2、中心应用情况
用户类型 – 教育院校:63% – 科研院所:19% – 企业:15%
用户地域分布 – 广东:37% – 北京:21% – 上海:5%
2、中心应用情况
系统运行维护、技术支持服务实现7x24小时响应; 稳步提升系统资源利用率,保持系统高可用性和稳定性
BTM BTM
SWM
NRM
NRM
NRM
NRM
NRM
NRM
576端口交换机j
SWM
BTM
BTM SWM
NRM
NRM
576端口交换机12
SWM
BTM BTM
SWM
NRM
NRM
NRM
NRM
32个计算节点
32个计算节点 机柜0
32个计算节点
32个计算节点
32个计算节点
32个计算节点
32个计算节点
机柜62
32个计算节点
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