东芝硬盘携手宝德 HPC 在中国科学院 大连化学物理研究所成功应用

客户行业背景

中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所)创建于1949年 3月，是一个基础研究与应用研究并重、应用研究和技术转化相结合，以任务带学科为主要特色的综合性研究所。大连化物所重 点学科领域为： 催化化学、工程化学、化学激光和分子反应动力学以及近代分析化学和Th物技术自建院以来，大连化物所在催化化学、工程化学、有机合成化 学、化学雷射和分子反应动力学、以色谱为主的近代分析化学和Th物技 术等学科领域取得大量重大科技成果。目前下设十个研究室，其中有三个国家级重点实验室和四个国家级研究中心，另有筹建中的洁净能源国家实验室。参与了中国载人航天计划。迄今已与32国建立了科技合作和交流关系，合作领域集中于催化及燃料电池。研究所成立以来，先后有 15位科学家当选为中国科学院和中国工程院院士。 2009年底共有职工912人，其中专业技术人员770人，研究员108人，副研究员235人。1998 年成为中科院知识创新工程首批试点单位之一。大连化物所同时也是中华人民共和国国务院学位委员会授权培养博士、硕士学位的单位，具有化学和化工一级学科博士学位授予权和博士Th导师资格的审批权。

系统现状与挑战

大连化物所需要采集、分析和处理大量的数据来解决复杂的科学问题， 所以必然需要高性能计算系统的支持。客户于2010年建设了一套用于科学计算的高性能计算平台，采用5台单路Xeon E3系列CPU服务器作为计算节点，并组成Computing Cluster,每台计算节点配备2块希捷 300GB SAS 10K rpm 硬盘,组建成raid 1，用于安装操作系统;存储服务器配备4块2TB SATA 7200rpm 硬盘，组建成raid 5，用于存放数据模型和计算结果等文件;计算节点与存储服务器之间用千兆以太网交换机进行连接，用于计算节点与存储服务器之间的数据传输。 计算平台刚建成时，要用到高性能计算的研究课题还不是很多，计算任务平均每周不到2个，且计算时间也一般不会超过8小时，随着化物所的研究课题数量增多，研究力度的加大，如分子反应动力学，复杂Th物样品的高效分离与表征课题的深入研究等等，计算平台平均每天都有2个或大或小的计算任务被提交，以每月统计来看，平均每个计算任务需花3小时完成，且任务排程上经常有10个左右的任务在等待调度，如此一来，新的计算任务提交后需要等待一到两天才能安排处理，加上任务本身计算所花掉的时间，研究人员拿到计算结果经常是2-3天后的认可。

需求分析

1. 储存设备效能低落: 原计算平台存储系统采用简易NAS构架，所用的存储介质为2TB SATA 7200rpm硬盘，读写性能不高，且存储设备不是专用NAS设备，硬盘扩容受限，文件系统稳定性也不高。

2. 计算能力资源不足: 计算节点数量少，且采用300GB SAS 10K rpm硬盘，存储空间较小，转速偏低，模型计算过程中所产 Th的大量缓存文件存放于计算节点硬盘中，严重影响内存与硬盘之间的交互效率。

3. 网络传输瓶颈: 计算节点与存储服务器之间采用千兆ethernet交换机作为数据传输，传输速率和硬盘读写速率相比不在一个量级上。

4. 旧系统架构跟不上新需求的变化: 研究所内的科研课题数量增多，深度加大，高性能计算任务随之增多，导致计算平台无法及时处理计算任务。 在计算平台整体性能不佳，扩展受限，加上其所搭载操作系统的传统硬盘更是瓶颈所在，因此要在有限空间和计算能力下完成科研项目，难上加难。经研究所相关部门讨论决定，新建一套高性能计算平台，以支持新的科研项目。

东芝与宝德提供的合作解决方案

系统拓朴图如下

PowerLeader HPC Cluster

KVM Ethernet Switch Management Server

此次东芝与宝德的合作解决方案中，其项目计算节点采用宝德PR4712GW多子星服务器，是基于模块化设计理念而开发的新一代高密度服务器。在 4U的空间内达到 4 个计算节点，充分满足随需扩展的超高密度部署需求。每个计算节点配置2块东芝400G企业级固态硬盘(PX04SMB040)，并组建 成raid 1用于系统加速，同时配备1块东芝2TB 7200 rpm SATA企业级硬盘(MG03SCA200)，用于存放计算过程中产Th的过程文件和临时文件;1块英伟达GPU加速卡和两颗 E5-2600系列CPU。 储存设备GS5120FD则采用东芝最新一代固态硬盘(PX04SMB040)和高稳定企业级SATA 硬盘(MG03ACA400)。 配备2块东芝SSD 组建成Raid1用于缓存加速，同时配备10块4T 7200 rpm SATA硬盘用于存储 计算模型、元数据和过程文件。满足高IOPS、高带宽的同时，保证节点存储系统的可靠性和经济性，消除了计算集群的数据 读写瓶颈，使整个平台性能达至最优。 东芝与宝德科技针对此次大连化物所的研究要求，方案中共配置 2 个管理节点，56 个计算节点，千兆交换机管理网络系统和IB网络，光纤存储 GS5120FD, 大规模机房管理 KVM 切换系统、监控系统以及内置控制台等共同构成了高速计算、海量数据传输网格计算集群系统。 系统采用 Rocks 管理软件实现节点管理、任务分发和集群监控，优化通信库模块来实现节点之间的进程通信，近乎达到大型机中多进程间消息传输机制的效率，再加上东芝固态硬盘的高传输速率，消除数据传输瓶颈，使整个系统性能发挥得淋漓尽致。。

效益与成果

大连化物所通过应用了宝德高密度四子星服务器的 HPC 系统，能在较小的空间达到较高的计算节点。整个高性能计算集群系统由于采用了业内领先的技术，不仅性能突出，安全稳定，在未来的较长时间保持高效领先的高性能计算能力。整个系统 具有很好的弹性化设计，客户将来如需提高计算性能，用户可横向接入计算节点;如需提高存储性能，东芝可提供广泛容量范围和较大读写性能区间的硬盘供用户选择;也可横向接入存储节点或纵向级联扩展存储柜增加存储空间。用56Gb/s传输速率的IB交换机取代1Gb的以太网交换机，在未来较长时间内，都能承载计算节点与存储节点的传输出带宽需求。如此一来，新的设计方案从计算、存储和网络三方面的性能提升和弹性化设计，很好的满足了用户对计算平台的高性能要求和消除了对平台扩展的顾虑。 整个集群系统能很好的提高科学研究的工作效率。在原计算平台处理需21小时的计算任务，在新平台上仅需1.5小时就能完成，新平台的处理性能是原平台的14倍。

不仅是由于方案提供了更高性能、更多数量的计算节点，而且，更是凭借多节点服务器与东芝SSD的完美结合，加快了系统响应速度;直观体现在服务器开机时间由使用东芝SSD之前需60秒，配备东芝 SSD后，开机时间缩短至30秒，硬盘读写性能提升2倍。

计算平台采用宝德高密度四子星服务器和东芝高存储容量硬盘，设备总体占用机房空间与传统标准服务器和传统1TB容量硬盘相比，空间节约50%;单台四子星服务器电源功率为2KW,而4台计算性能相当的传统标准服务器服务器总功率为3.2KW, 能耗节省37.5%。在提供如此强大的计算性能的情况下，同时为客户节省了计算平台的后期的运行成本，也响应了客户”Do more with less”的环保精神，中国科学院大连化物所对本次项目合作非常满意。

合作伙伴与未来规划

本次项目的成功要感谢大连化物所领导和同事对项目的高度重视和大力支持，正是有了你们的帮助和配合，项目才能进行得如此顺利。 还要感谢东芝公司提供的针对本项目的存储解决方案和长期以来对我公司的大力支持。 东芝是全球唯一一家同时提供SSD和HDD全系列产品解决方案的存储公司，东芝为宝德服务器产品解决方案提供了更加灵活的存储产品选择。东芝与宝德一直以来保持良好合作与紧密的沟通，东芝深圳实验室专门采购宝德主流机型做长期的兼容性测试，并且宝德使用东芝企业级硬盘返修率控制在0.5%以内。 宝德产品部陈总提到，东芝为我们提供了高性价比的产品、专业的产品解决方案和优质的售后服务，与东芝合作是前所未有的顺畅和愉快!