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南海海洋研究所超级计算机的应用及布局情况

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南海海洋研究所超级计算机的应用及布局情况 - PowerPoint PPT Presentation


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南海海洋研究所超级计算机的应用及布局情况. 中国科学院南海海洋研究所. 2011 年 12 月 26 日. 前言. 自上个世纪五十年代以来,国际上 大气环流模式 、 大洋环流模式 及其 海气耦合模式 不断地发展和提高。而我国在海洋环流数值模拟上起步较晚,尤其至今还没有一个针对南海区域的数值预报和同化系统。 中国大气物理研究奠基人、中国科学院院士叶笃正也在 1985 年指出,超级计算使得大气科学从一门 经验科学 变成了 理论科学 和 实验科学 ,人们可以通过计算模拟来研究和预测天气和气候的变化。

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南海海洋研究所超级计算机的应用及布局情况

中国科学院南海海洋研究所

2011年12月26日

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前言
  • 自上个世纪五十年代以来,国际上大气环流模式、大洋环流模式及其海气耦合模式不断地发展和提高。而我国在海洋环流数值模拟上起步较晚,尤其至今还没有一个针对南海区域的数值预报和同化系统。
  • 中国大气物理研究奠基人、中国科学院院士叶笃正也在1985年指出,超级计算使得大气科学从一门经验科学变成了理论科学和实验科学,人们可以通过计算模拟来研究和预测天气和气候的变化。
  • 中国科学院南海海洋研究所近年来通过实施海上大型观测,积累了大量宝贵的资料,同时从国内外引进了具有很强数值模式及资料同化背景的人才,在对南海环流的数值模拟方面取得了一定的经验和成绩,因此已经具备建立适合南海区域的高分辨率多重嵌套的海-气-浪耦合模式及资料同化系统。
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通过高性能计算集群平台的建设,对我所科研水平的学科发展有着重要的推动作用,有利于架构我们的同化系统,有利于应用模式,发展模式,参与到全球变化研究中。通过同化产品促进南海北部环境预测,形成该区域初步后报能力和再分析能力。通过高性能计算集群平台的建设,对我所科研水平的学科发展有着重要的推动作用,有利于架构我们的同化系统,有利于应用模式,发展模式,参与到全球变化研究中。通过同化产品促进南海北部环境预测,形成该区域初步后报能力和再分析能力。

  • 多重嵌套高分辨率海气耦合模式及资料同化对计算机的运算速度及存储量要求极高,尤其是资料同化系统,要处理的协方差矩阵数量级至少为(100x100x100)2 =1012(假设模式的水平网格点及垂直层数为100的量级,实际上高分辨率模式的水平网格点数要大于100),因此,其要求的运算速度至少要达到10万亿次以上,存储量100TB以上。
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超级计算在研究工作中的作用

  • 南海区域的海-气-浪耦合模式

建立适合南海区域的高分辨率多重嵌套的海-气-浪耦合模式,对南海区域的海洋环境及天气状况进行模拟和预测,同时也为深入的研究南海动力和热力过程提供高质量高分辨率的再分析资料。

  • 南海资料同化系统

建立基于集合卡门滤波和伴随变分技术的先进资料同化系统,将所获得的海洋资料,如卫星,船舶,锚定,走航等资料,有效地同化进模式里, 以提高模式的预报精度和再分析产品的质量

  • 热带印度洋海洋和大气过程的数值研究

应用热带印度洋的大气模式和海气耦合模式,对热带印度洋海气过程进行重现;通过结合ARGO等海洋观测资料,改进模拟印度洋上层海洋温盐和环流结构;通过对物理过程的模拟改善印度洋SST和上层热含量的模拟精度。

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二、我所的高性能计算建设情况
  • 本单位现有2008年和2010年购置的DELL高性能计算机集群两台,按功能分成计算中心、存储备份中心和管理中心。
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系统组成

HPC平台建设的拓扑图按功能划分分成计算中心、存储备份、管理中心、网络中心等:

  • 计算中心:一台服务器(2008年)由集群24个Dell M600刀片计算节点(48颗Intel CPU,共192个核)、1台分发管理服务器组成。另一台服务器(2010年)由16个Dell M610刀片计算节点(32颗Intel CPU ,共192个核), 1台分发管理服务器组成。计算服务器集群是计算子系统的核心。
  • 存储备份:使用DELL MD3000和DELL MD3200服务器,使用模块化磁盘存储阵列,完成对数据的集中存储和备份, 有效简化存储的管理、维护与扩展。
  • 管理中心:使用DELL PER710服务器,管理整体客户HPC平台的网络设备、存储备份、以及所有服务器、工 作站的管理。HPC集群管理软件,实现HPC系统管理、集群管理和负载管理等。
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整个系统的总的理论峰值性能约为双精度4万亿次/秒。整个系统的总的理论峰值性能约为双精度4万亿次/秒。

  • 总的存储空间达到50TB。
  • 现有用户数63人
  • 任务提交数已达22万多个
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系统软件
  • 集群管理软件系统:Centos集群,Redhat HPC 5.5集群
  • 存储节点文件系统:NFS
  • 开发环境:MPICH,MVAPICH,OpenMPI
  • 编译器:Intel C, C++, Fortran Compilers , PGI
  • 任务管理系统:SGE,LAVA
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现阶段支持的科研项目
  • 国家杰出青年基金“南海西边界流格局”。
  • 国家自然科学基金重点项目“南海环流中的涡致输运及其在环流季节转换中的作用”。
  • 科技部973项目 “南海海气相互作用与海洋环流和涡漩演变规律”。
  • 中国科学院知识创新重大项目群项目子课题“海洋对亚洲季风年际变化和年代际转型的影响与响应”。
  • 科技部863项目 “地球系统模式中的高效并行算法研究与并行耦合器研制”。
  • 科学院知识创新工程重要方向性项目“南海年际动力热力过程及其与热带大洋相互作用”。
  • 科技部973项目“南大洋-印度洋海气过程对东亚及全球气候变化的影响”第二课题:南印度洋影响热带印度洋的关键海洋-大气过程。
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海气数值预报试验平台简介

海气数值预报试验平台主要包括以下两个方面的研究:

(1)天气预报:利用中尺度天气预报模式WRF和降尺度方法对华南及南海区域进行天气预报,包括中期预报和短期预报。中期预报的网格点间距为72km,预报时长为15天;短期预报的网格点间距为24km,预报时长为78小时。

(2)风暴潮预报:利用天气预报短期预报的结果,插值出海表面10m高度的风场及气压场,并由OTPS潮汐预报得出的调和常数作为潮汐边界条件,建立POM南海风暴潮模式,对南海区域的海面增水进行48小时的预报。

以上两个预报模式均为每6小时预报一次,并将模式预报结果与西沙台站的实测结果进行对比。

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未来五年的计算需求及存储需求

  • 随着各项科研项目的展开,现有计算能力已远远不能满足我所日益增长的大规模数据和大计算量的需求。由于任务较多,计算资源负荷已经过于饱满,迫切需要引进更大处理能力的高性能计算机。
  • 多重嵌套高分辨率海气耦合模式及资料同化对计算机的运算速度及存储量要求极高,尤其在资料同化系统中需要大量的读写IO的操作,需要提高数据读写IO 的速度。
  • 所以未来至少需要运算速度达到每秒10万亿次以上,存储量100TB以上,并且能够支持大量的高速的读写IO的操作。