HPC高效能運算知識: 主要應用場景和軟體

架構師技術聯盟發表於2018-04-10

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      高能能計算叢集應用主要按應用型別分為科學計算型叢集、負載均衡型叢集、高可用型叢集、並行資料庫型叢集四類；按照應用需求對應的應用領域分為: 


  • 計算密集型應用(Computing-intensive): 大型科學工程計算，數值模擬等。其應用領域為石油、氣象、CAE、核能、製藥、環境監測分析、系統模擬等。

  • 資料密集型應用(Data-intensive): 數字圖書館，資料倉儲，資料探勘，計算視覺化等；其應用領域：圖書館、銀行、證券、稅務、決策支援系統等。

  • 通訊密集型應用(Network-intensive): 協同工作，網格計算，遙控和遠端診斷等；其應用領域：網站、資訊中心、搜尋引擎、電信、流媒體等。

      HPC 高能能計算常用種應用領域主要分為: CAE 模擬、動漫渲染、物理化學、石油勘探、生命科學、氣象環境。


CAE模擬軟體主要有哪些？


      CAE(ComputerAided Engineering)用計算機輔助求解分析複雜工程和產品的結構力學效能，以及優化結構效能等 。主要應用於航空航天、汽車、船舶、機械、建築、電子等領域。

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      CAE主要處理流程大致為: 幾何建模、劃分網格、指定荷載和邊界條件，提交給伺服器進行分析，顯示結果，評估產品效能。


隱式和顯式有限元分析主要區別？


    有限元分析FEA(Finite Element Analysis)利用數學近似的方法對真實物理系統(幾何和載荷工況)進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。


  • 隱式有限元(IFEA)是針對結構內部分析的，主要場景結構設計；

  • 顯示有限元(EFEA)是針對碰撞，爆炸等結構之間的分析；


      CFD是計算流體動力學(Computational Fluid dynamics)的縮寫，是預測流體流動、傳熱傳質、化學反應及其他物理現象的一門學科。

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生命科學軟體主要有哪些？


      生物科學主要分為生物資訊學、分子動力學模擬和新藥研發三個領域。


  • 生物資訊學領域: 使用HPC對生物基因資料進行測序、拼接、比對等處理，提供基因組資訊以及相關資料系統，解決生物、醫學和工業領域的重大問題。

  • 分子動力學模擬領域: 使用HPC進行大規模分子動力學模擬，通過模擬結果來分析和驗證蛋白質在分子和原子水平上的變化

  • 新藥研發領域: 使用HPC快速地完成高通量藥物虛擬篩選，可使研發週期平均縮短1年半左右。

640?wx_fmt=jpeg 動漫渲染軟體主要有哪些？


      動漫多媒體是HPC的另外一個重要應用，在這個行業大量的圖形渲染成為HPC應用的主要領域。

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      業務流程大致為:原始模式抽象骨架、作業提交、任務排隊、啟用任務、渲染作業、歸檔儲存。


氣象環境軟體主要有哪些？


      氣象預報是用數學方法構建方程，將氣象資料和邊界引數匯入方程求解，從而預測大氣變化和狀態的科學。

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      業務流程大致為: 氣象資料收集和預處理、綜合數值天氣預報、天氣學、統計學等輸出預報結果。


      氣象預報是用數學方法構建方程，將氣象資料和邊界引數匯入方程求解，從而預測大氣變化和狀態的科學。業務流程大致為: 氣象資料收集和預處理、數值天氣預報流程、綜合數值天氣預報、天氣學、統計學等輸出預報結果。

 

      總之，不同的HPC應用對IT資源的消耗是不同的，高效能運算系統需根據其不同的應用場景來配置資源。計算密集型應用需要配置高主頻CPU、記憶體約束型應用需要配置高頻寬大記憶體、網路密集型需要配置IB網路、IO密集型應用需要配置高頻寬大容量並行儲存系統。前期詳細分享過<從高效能運算(HPC)技術演變解析方案、生態和行業發展趨勢>分析，並整理成電子書，請點選底部“原文連結”查閱詳情。



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