PDF《综合评论》

1 综合评论 数据密集型网格平台示范站点与应用 陈刚 程耀东

02 高性能计算技术及其在油气勘探中的应用 庞世明

09 第38届全球超级计算机TOP500排行榜…杜晓梅

13 美政府和军方云计算发展与主要做法 王广益 韦海亮

16 欧洲千万亿次级计算趋势 吴静溪 樊帆

18 高性能计算技术 WHAM方法的并行化实现 徐莹 寇大治等

23 GPGPU环境下Abaqus/Standard求解器加速性能分析……………………郭培卿 陈小龙

27 用GPU加速高性能计算 高慧

32 高性能计算应用 基于HPC的CAE技术在大型盾构施工仿真中的应用 …………………丁峻宏 李根国等

37 随机波动率下的亚式期权定价问题在GPU集群上的实现 …………………徐磊 徐莹等

42 并行计算中的随机波动率亚式期权Monte Carlo加速方法 ……………姜广鑫 徐承龙等

47 Libor市场模型的Monte Carlo加速方法研究――控制变量方法及并行计算方法 梁义娟 徐承龙等

53 材料科学中的高性能计算软件 胡双林

61 网络与信息安全 服务器虚拟化及其在上海超级计算中心的应用 车敏 徐德发

66 超级计算中心 甘肃省超级计算中心 沈玉琳 孙一桐等

69 要闻集锦 专家讨论百亿亿次级计算发展之路 李苏

15 巴塞罗那超算中心将部署全球首个基于ARM的CPU/GPU混合型超级计算机……吴声超

26 2011年中国高性能计算机TOP100排行榜发布 李苏

31 NCSA与Cray签约再建 蓝水 超级计算机…金溪

41 异构计算:Exascale(百亿亿次级)时代的新模式 魏嘉

72 IBM正式公布收购Platform Computing 陈继军

74 目录2《高性能计算发展与应用》 2011年第四期 总第三十七期 数据密集型网格平台示范站点与应用 ? 陈刚中国科学院高能物理研究所计算中心 北京

100049 Gang.

[email protected] ? 程耀东 中国科学院高能物理研究所计算中心 北京

100049 摘要: 欧洲大型强子对撞机LHC和北京正负电子对撞机BEPCII等一代高能物理实验已经于两年 前开始运行,这类实验每年会产生总量超过15PB的数据,分析处理这些数据并进行物理前沿 课题的研究对计算机是一个巨大的挑战.通过十多年的发展,网格计算已经成为高能物理数据 分析与研究的重要工具.由世界各国科研机构共同建设的高能物理网格平台不仅成功地为国际 高能物理提供分布式高性能计算服务,同时也成为许多非高能物理领域的科学计算平台.中国 数据密集型网格平台由中国科学院、国家自然科学基金委及科技部共同支持建设,其资源包括 由1600个CPU内核组成的计算集群和640TB磁盘组成的高性能存储系统.网格平台与欧洲及北 美建立了高速网络连接并加入国际高能物理网格系统,并支持高能物理、天体物理与宇宙线物 理、生物信息以及地球动力学等众多领域. 关键词:网格,数据密集型计算,高能物理,中间件,计算平台 1. 引言 新一代高能物理实验越来越复杂,实验数据规 模越来越大.以欧洲粒子物理中心(CERN)大型 强子对撞机LHC[1] 为例,每年产生的实验数据将达到 15PB以上;

北京正负电子对撞机(BEPCII)[2] 上的 大型实验BESIII[3] 在未来几年内将产生6PB以上的数 据.这些实验的数据处理和物理分析需要一个大规 模的计算平台.网格系统作为分布式的计算环境为 高能物理的数据处理与计算提供了优秀的解决方案. 国际高能物理网格WLCG[4] 将世界各地的计算中 心和网格资源连在一起,用于处理和分析大型强子 对撞机等高能物理实验产生的海量数据.该网格系 统集成了世界上几种主流的网格中间件并在其上部 署物理软件,从而为相关的高能物理实验提供高性 能的计算服务.WLCG不仅成功地为高能物理提供服 务,同时还为许多非物理的应用提供服务,其中包 括生物信息、环境科学、地质地理等等. 中国科学家积极参加了大型强子对撞机的国 际合作,加入国际高能物理网格平台并获得物理数 据、计算资源的共享是产生物理结果的必要条件. 中国的北京正负电子对撞机等一批大科学项目同样 也需要网格计算平台的支撑.在中国科学院、国家 自然科学基金委及科技部的支持下,高能物理研究 所根据中国的特点建立了数据密集型网格平台并加 入到国际高能物理网格合作,该网格系统已成为国 际高能物理网格重要的二级站点,不仅为大型强子 对撞机、北京正负电子对撞机等高能物理实验提供 高性能的计算支持,同时也为天体物理、生物信息 和地质地理等领域提供优质的服务. 2. 高能物理网格 2.1 WLCG国际高能物理网格 大型强子对撞机LHC是目前世界上最大的基础 本工作得到中国科学院知识创新工程重大项目(项目编号KJCX1-YW-17),中国科学院信息化专项e-Science 示范项目(项目编号INFO-115-D01-Z002),国家自然科学基金(项目编号90912004)和科技部863项目(项 目编号2006AA01A120)的支持.

3 综合评论 科学研究实验装置,2010年3月开始正式运行.前所 未有的高能量粒子对撞将帮助人类对自然进行全新 的认识.LHC对撞机上共有4个大型高能物理实验, 每年将产生15PB以上的数据.来自世界各国的数 千名科学家参与这些实验的数据分析和物理研究. CERN发起建立了WLCG国际高能物理网格系统,目 标是建立一个分布式的大规模数据存储和分析计算 基础设施,用于支撑科学家的物理研究. 国际高能物理网格平台由欧盟的EGEE (Enabling Grids for E-sciencE) [5] 网格系统、美国的OSG (Open Science Grid)[6] 网格系统以及其他若干国家和地区的 网格系统组成,并集成了不同的网格中间件和信息 技术.目前,高能物理网格已经形成由40个国家和 地区参与、250余个计算中心组成的大型网格平台. 该网格平台采用分级式(Tier)的计算平台,根据任务 的不同将网格平台分成零(Tier-0)到三级(Tier-3)的四 个层次的网格中心或站点.零级中心最大,负责数 据存储和初步分析.一级中心负责地区(如亚太地 区)或国家中心的数据分发和大规模的数据处理. 二级中心一般在一个国家内提供计算服务.三级中 心为科研机构内的小型网格平台,不对外提供共享. 3. 高能物理网格关键技术 3.1 网格中间件 高能物理网格的关键服务包括安全服务、信 息系统、作业调管理、数据管理以及运行等等.网 格系统的核心组件是网格中间件,用于管理广域网 上网格资源的发现、访问、分配、监控和统计等 服务.过去十余年来,世界各国开发了多种不同 的网格中间件,包括 Globus[7] , gLite[8] , GOS[9] , OSG, NAREGI[10] 等等.以gLite为例,该中间件由EGEE开发,并广泛地应用于高能物理等领域,其总体结构 如图1所示,该中间件系统包括若干组建,其中作业 调度管理系统WMS (Workload Management System)接 受用户的作业请求,从信息系统BDII中查询网格资 源的状态,并为作业分配网格资源;

资源信息系统 BDII (Berkeley Directory Information Index)作为网格资 源信息查询接口,提供信息查询服务;

数据文件目 录系统LFC (LCG File Catalog)提供数据文件的物理文 件名与逻辑文件名的映射;

计算单元CE(Computing Element)是网格站点的本地资源,包括了计算集 群、本地作业管理系统以及面向网格的作业调度接 口;

存储单元SE (Storage Element)为网格系统提供本 地存储资源服务,它支持网格环境的数据传输和数 据管理. 图1 gLite中间件结构 3.2 安全服务系统 对于分布式计算环境来说,安全是非常重要的 因素.安全服务包括认证、授权和审核等,实现对 用户、系统和服务的鉴别并决定对资源和服务的访 问权限.安全服务还为安全事件的剖析提供信息. 3.2.1 网格安全基本架构 网格信息的传输在加密的情况下进行的,网 格安全基于密钥的加密和解密.每个实体(个人、 主机和服务)都持有一个妥善保管的私钥,并与一 个公钥相对应.利用私钥加密的数据可以用公钥解 密,而用公钥加密的数据也可以用私钥解密.私钥 还用于对数据进行加密签名,接收数据方用公钥对 签名进行解密并比对,以确认数据来自真实的发送 方且未被篡改. 实体的身份认证利用电子证书来实现.网格技 术中使用的证书是X.509格式的.证书的作用是保证 每个实体的标识名是唯一的.证书由证书签发机构 (Certificate Authority,CA)签发.网格系统的证书 签发机构由不同地区的学术机构负责运行,为本地 区的用户提供服务.证书的签发采用一定的手段对 证书申请的身份进行确认从而决定是否可以签发证 书. 3.2.2 高能物理研究所证书签发机构(IHEP CA) IHEPCA于2004年运行,该证书签发机构通过了 国际网格信任联盟(International Grid Trust Federation,IGTF)[11] 认证,是国内最早的网格安全 证书签发机构,并为国内物理、生物、地球科学等 领域的用户签发证书. IHEP CA采用现在电子商务通用的认证方式- PKI体系.在网格环境中,实体身份由X.509证书 惟一标识,而证书的产生和发布则由CA来完成. 为了与国际上其他证书签发机构互相认证,IHEP CA使用了包含所有签发机构的根证书(CA'

s root certificates)、撤销证书列表(Certificate Revoked List

4 《高性能计算发展与应用》 2011年第四期 总第三十七期 ,CRL)以及签发规程等信息的列表.IHEP CA系统 结构如图2,其中CA服务器用于签发和撤销证书,是 整个系统的核心.注册中心(Registration Authority, RA)处理所有来自用户的请求,包括接收和批准请 求、生成私钥、删除错误的请求和给用户回复邮件 等等.安全服务器是整个系统的........