助力高性能计算走向普及

戴尔助力高性能计算走向普及 目录 概要01 HPC市场发展驱动力及面临的挑战02 HPC市场蓬勃发展03 HPC市场发展的重要驱动力05 HPC发展面临的主要挑战和需求06 戴尔HPC战略与价值优势09 戴尔HPC战略09 戴尔HPC优势11 戴尔HPC相关方案和主要产品14 HPC解决方案15 HPC技术和产品18 HPC行业应用案例分享24 清华大学蛋白质研究技术中心25 上海交大HPC存储系统升级26 “诸葛•深知”深度学习应用和服务平台28 总结31 概要 01 概要 数字经济加速了市场全球化的进程，并且正在改变传统的行业格局，带动产业价值链再分配。基于数字化的科技水平和服务创新能力决定着一个国家经济可持续增长的空间和企业的竞争力。在这一背景下，中国政府将“互联网+”作为国家战略，通过云计算、大数据、物联网、移动互联和人工智能等新技术，优化中国经济结构，实现产业升级，提升中国企业在全球市场的业务创新能力。在数字经济时代，业务核心系统对IT计算能力的要求持续跳跃式增长。此外，大数据、物联网、人工智能等将成为高性能计算新的驱动力，推动高性能计算在更多的行业和领域普及。 目前，基于开放和标准的高性能计算以及针对行业典型需求的解决方案，使高性能计算不再高不可攀，它不再只局限于科学研究、军事应用和气象分析等领域的应用，更在生命科学、基因分析、制造业、金融服务、医疗服务等行业快速普及。在中国市场，5G技术有望让中国在物联网、人工智能技术和服务方面引领全球。高性能计算作为大数据、深度学习、人工智能的核心技术，带动各行各业对高性能计算的需求，成为支撑“中国制造2025”、智慧城市、智慧医疗等国家大战略的核心技术，以及经济转型升级等领域的支撑力量。 为了进一步推进高性能计算在各行业中的普及应用，帮助中国企业通过高性能计算，实现业务洞察、竞争力提升、企业转型升级，戴尔与合作伙伴一起积极构建高性能计算生态环境，利用其在全球得以验证的高性能计算架构和行业解决方案，为用户提供端到端的高性能计算产品、方案和服务，加快高性能计算在中国的普及应用。 概要|戴尔助力高性能计算走向普及 HPC市场发展驱动力及面临的挑战 高性能计算（HighPerformanceComputing，HPC）是通过并行计算提高运算速度，用以解决大规模科学计算和海量并发数据的处理问题。早期HPC架构和相关设备均为封闭机型和专属架构，应用仅限于科学研究、航天航空、油田勘探等高精尖领域，因此，HPC也被喻为是IT行业“金字塔上的明珠”。 近年来，随着计算机技术的发展以及数据量和数据价值的不断增加，HPC得以快速发展。一方面，在高性能计算机的运算能力不断刷新纪录，已经达到10亿亿次每秒的同时，基于x86架构专为HPC而生的处理器性能越来越强大，降低了HPC的开支，简化了HPC应用的开发和部署；另一方面，HPC的应用领域不断拓展，不但在科学计算、天文、能源、军事等方面继续发挥着重要的作用，同时也广泛应用于医学、生命科学、仿真设计、天气预报、金融、制造以及服务行业等与我们工作和生活密切相关的领域。通过开放、经济的解决方案，加快了中小企业将HPC作为挑战传统行业布局和业务模式利器的进程。 03 HPC 市场发展驱动力及 面临的挑战 HPC市场蓬勃发展 HPC最早出现于上世纪60年代，主要用于解决军事、科研等高尖端领域的计算问题。直到上世纪90年代中期，随着基于集群技术构建的高性能计算机的普及，使HPC的成本和编程的复杂度大幅度下降，从而为HPC的广泛应用创造了条件。近年来，HPC更是进入了高速发展期，在技术进步的同时，应用领域也日益广泛。 全球HPC市场增长趋势（百万美元） 服务器 存储 中间件 应用 服务 2497 2356 2223 2006 1819 1895 5167 1645 3598 1163 4229 3769 1217 4504 4028 1294 4865 4479 1426 5546 4824 1534 6123 6796 2014 2015 2016 2015 DC， ：I 来源 数据 2019 2018 2017 IDC2015年HPC报告显示，全球HPC市场2014年约为210亿美元，预计到2019年 10222 10718 11467 12958 14073 15165 将增长为312亿美元，年复合增长率为8.3%。HPC已经成为科学研究中继理论科学和实验科学之后的第三大支柱，更在一些新兴的学科和领域成为科学研究的必备工具。近年来，随着计算技术的发展，尤其是开放架构和开源的日渐成熟，CPU从单核向多核演变，以及GPU在加速计算方面的给力表现， 推动着HPC不断向平民化演 图1.全球HPC市场增长趋势 HPC市场发展驱动力及面临的挑战|戴尔助力高性能计算走向普及 10.2% 11.0% 10.2% 进，应用领域也迅速扩展。比如近年来兴起的基因组测序、与人们生活生产密切相关的气象预报、制造业中的仿真设计，尤其是随着大数据时代的到来，应用于大数据分析的HPC更是迅速发展，像互联网应用中的客户行为分析、医学流行病预测、深度学习、人脸识别，等等。HPC正在越来越普及化、平民化，并服务于大众。 HPC在中国市场的发展如火如荼。2016年7月，国务院印发了《十三五国家科技创新规划》，其中HPC与云计算、人工智能、物联网等同时被列为“十三五”期间重点发展的新一代信息技术。这必将推动HPC技术和应用在中国的进一步发展和普及。 对于中国企业部署HPC的情况，中桥调研咨询分别在2015年8月和2016年4月进行过两次相关的调 贵公司是否考虑部署高性能计算（HPC） 2015年 2016年 已经部署 未来12个月内部署 未来12-24个月内部署 正在评估未来部署 不会部署 不知道 数据来源：中桥调研咨询 15.1% 14.8% 14.0% 15.3% 34.2% 32.3% 16.3% 19.4% 查，并就调查结果进行了比较，结果显示，在受访企业中，“已经部署”和“未来12个月内部署”两个选项的2016年调查比率（10.2%和15.1%）都明显高于2015年的结果（7.3%和11.0%）；尤其值得注意的是，选择“正在评估HPC”的企业2016年（34.2%）是2015年的（15.3%）两倍以上；而相应地，“不会部署”和“不知道”的比率则大大下降。同时，中桥调研咨询针对受访企业中的典型代表进行了深访，多数企业CIO表示：企业在进行数字化转型过程中，数据量迅速增长，而这些数据无疑是企业的“命脉”，企业已经或计划通过HPC实现大数据分析，从而提升企业的竞争力。虚拟现实/增强现实、商情/舆情分析、人工智能等新技术和新应用形成了HPC新的增长点。调研结果显示，HPC已逐渐被中国企业所接受，并正在进入应用普及期。 7.3% 图2.HPC进入应用普及期 HPC市场发展的重要驱动力 HPC主要市场驱动力： •应用数量和形态 •大数据 •新兴应用 •HPC门槛降低 综观近年来HPC的发展趋势，推动其市场快速增长和应用领域不断拓展的主要驱动力来自以下几方面： （1）应用数量和形态驱动力 在数字经济的大潮到来之际，企业向数字化转型已经成为大势所趋。据福布斯预测，到2018年，世界 05 HPC 市场发展驱动力及 面临的挑战 2000强企业中将有67%的企业将数字化转型作为业务战略重点。中桥调研咨询2017年IT趋势调研数据显示，80%以上受访的中国用户已经或将在24个月 内将要把数字化转型作为战略重点。在数字经济时代，IT应用开发部署直接决定着企业通过数字化创新的能力，触发应用量的急剧增加。同时，应用的多线程和高并发技术走向，催生出更多的HPC需求。此外，在C2B的数字化新模式中，数据成为企业业务新引擎，系统处理能力决定着用户体验和增长空间，带动HPC的市场需求不断增加。 （2）大数据驱动力 在数字经济时代，前瞻性、迅捷响应、高效协作成为决定企业竞争力的软资源。通过前后台打通，实现全业务数字化，保证业务各环节数据交互和分析速度，是形成数字经济个性化生产服务效率的关键。与此同时，服务创新加速了线上线下协同、产业链上下游协作创新，驱动了大数据分析在大数据洞察、商情/舆情分析等应用的发展。大数据与HPC的结合衍生出了HPDA（HighPerformanceDataAnalysis，高性能数据分析）技术。据IDC数据显示，目前有67%的HPC资源用于HPDA，而机器学习/深度学习、欺诈检测的需求就是其中较为典型的应用。大数据时代的到来将使HPDA应用成为HPC的下一个强力增长点。 （3）新兴应用驱动力 在传统的HPC领域，计算密集型的建模和仿真应用、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM/CAE）、天气预报以及石油勘探等应用现在仍然具有刚性需求。但更重要的是，在数字经济时代，HPC技术成为实现“智能”的关键支撑。无论是智能制造、智慧医疗、智慧城市、智能家居，高性能计算都将成为核心技术。特别是近两年备受关注的人工智能领域，如自动驾驶汽车、无人机、人脸识别、医疗诊断、智能家居、购物推荐，以及金融分析和商业决策等，其核心是大数据支持，HPC成为人工智能模型训练的重要支撑平台。HPC HPC市场发展驱动力及面临的挑战|戴尔助力高性能计算走向普及 也正从过去主要以传统科研领域计算密集型为主，逐渐向新兴的大数据、人工智能以及深度学习等方向进行融合和演进。 （4）HPC门槛降低加速普及 在传统应用和新兴应用对HPC的需求不断高涨的同时，HPC的应用门槛却在不断降低。首先，标准化HPC方案，降低了高性能成本门槛。HPC在架构方面从最初的SMP（对称多处理机）到MPP（大规模并行处理机），发展到今天的集群系统（Cluster），开放架构已成为HPC的主流；在处理器方面，微处理器大举进入HPC市场，CPU从单核演变到多核，并出现了针对HPC而优化的芯片和架构，在性能大幅提升的同时，性价比优势日益凸显。在HPC市场上占据相当份额的英特尔至强融核处理器，以及英特尔全新高速互连技术架构Omni-Path；GPU计算加速卡进一步推动着HPC向更多领域普及。其次，针对典型行业HPC的蓝图参考架构、高性能生态联盟、高性能应用框架，降低了HPC架构部署管理难度和应用开发强度，使HPC的技术门槛进一步降低，加速了HPC市场的普及。 HPC发展面临的主要挑战和需求 中国HPC的发展已进入应用普及阶段，由此产生了更多的新机遇，也面临着更多的挑战。构建经济高效、高性能、扩展性强、灵活且易于管理的HPC平台，进一步拓展HPC应用领域是当今HPC发展面临的挑战和需求。 （1）开放系统是HPC的主流 传统HPC采用封闭计算，是HPC普及的最大市场阻力。HPC架构从SMP、MPP发展到集群系统，目前，基于开放、标准的x86架构，以及利用集群技术实现HPC系统无疑已经成为技术主流，而不具有开放性的系统终将被淘汰或边缘化。因此，开放标准、开放系统组件和开放用户接口，简化x86平台与开放标准技术的集成，才能充分满足用户HPC系统平滑升级、业务拓展、系统维护以及投资保护等方面的需求。例如，采用基于开放、标准的英特尔处理器的高性能架构，基于并行文件系统Lustre高性能存储；有众多厂商和大学科研机构参与的OpenHPC开源项目，为HPC环境创建一个开源框架，降低成本；采用基于NFS标准的存储方案等。 07 HPC 市场发展驱动力及 面临的挑战 （2）扩展性保证系统可持续发展 HPC系统主要由计算、存储、网络和集群软件组成。随着对计算机系统性能的要求不断提高，HPC平台既需要提供模块化部署，同时，也应具有较强的扩展能力，可以方便地实现节点增加、系统扩充和升级，以有效保护用户的前期投入。在计算端，集群中的胖节点服务器需要配置多核CPU、大容量内存，综合GPU和NVIDIA技术提供HPC所需的计算能力。同时，高效经济地满足HPC对存储横向可扩展的需求和高