高性能计算在医疗行业中的应用

来源:互联网  
2013/7/25 10:26:53
随着中国医学研究领域的不断深化,原有的研究运算系统的运算速度与运算质量越来越不能满足日益增加的研究项目需求,特别是对高性能计算、网络计算和虚拟机技术等方面的需求激增。

本文关键字: 高性能计算 医疗行业 应用
引言
 
高性能计算作为一种先进的科研手段,在国内的应用发展很快,得到了普遍的重视,近年来国家投入逐年加大。随着社会的发展,各行各业对于信息化的需求已经越来越白日化。现代科学技术已经成为科研、高校等专业领域以及日常生活必不可少的工具,特别是对于专业领域,高性能计算机成为保证研发效果和推进研究进程必不可少的高性能计算产品。
 
用户背景
 
中国医学科学院病原生物学研究所是国家为应对传染病对人类健康的重大挑战、重点加强传染病领域的研究力量,对国家传染病防治研究体系的整体布局进行调整后新组建的唯一一个专门系统从事传染病基础、应用基础和应用性研究的国家级科研单位。主要以开展基础研究,为传染病研究水平提升提供基础;开展应用基础研究,为传染病综合防治提供支撑;开展应用性研究,为传染病相关产业发展提供源泉;开展政策研究,为传染病预防控制决策提供依据; 开展管理机制探索,为科研机构机制改革提供模板; 开展教学工作,为传染病领域高级人才培养提供基地。
 
用户需求
 
随着中国医学研究领域的不断深化,原有的计算服务器体系已越来越不能满足高性能计算方面的需求。为应对突发性疾病,更快对各类疾病病原体进行快速高效的研究分析,中国医学科学院病原生物学研究所迫切需要一系列大型计算系统支持其日益严格的科学研究。因此中国医学科学院病原生物学研究所急需搭建一种在高性能计算方面具有高速度、高质量、易管理的大型计算平台,以保障日益增加扩大的日常教学和科学研究工作的迫切需求。
 
用户现状
 
原有的研究运算系统的运算速度与运算质量越来越不能满足日益增加的研究项目需求,特别是对高性能计算、网络计算和虚拟机技术等方面的需求激增。随着医疗医学研究项目的深入和用户不断增加,以及海量信息处理、信息开发和科学研究对高性能计算服务的需求,中国医学科学院病原生物学研究所对高性能计算能力的需求越来越大,存储系统的空间也严重不足,数字化医学研究系统已不堪重负。
 
针对性的解决方案
 
中国医学科学院病原生物学研究所原有的计算系统依然需要继续运行,但是原有系统已经不能满足当前的需求。因此具有优化整合原有集群、易管理、且具有优异的性价比、服务优势的系统建设显得极为迫切。针对中国医学科学院病原生物学研究所的需求和现状,曙光公司迅速为中国医学科学院病原生物学研究所提供了一个具有高度适应性的曙光病原生物学大型计算平台,提供了一套全面、高速、稳定、可靠的系统解决方案。
 
该方案采用目前业界主流Intel xeon 双路四核刀片和8路SMP共享内存小机,在7U空间里可容纳80个计算核心。体计算核 心数为288个。CB60-F高性能刀片采用Intel xeon 5430 四核处理器,单机性能达到8核心。
 
 
本方案计算系统使用32片曙光刀片和1台smp胖节点作为计算节点,1片曙光双路刀片作为登陆管理节点,7片曙光2路节点作为I/O节点。在满足用户需求的前提下,最大限度地整合资源,使得计算刀片,I/O刀片,管理登陆刀片有效集中在同一个刀片机箱内,最大程度节约了空间,减少了布线,降低了成本。同时,曙光刀片网络,Infiniband设备的模块化设计也为用户最大限度提高了性能,节约了成本。
 
在存储系统方面,由于用户存储需求大,空间要求高,因此本方案的存储使用目前业界容量最大的SATA磁盘阵列,存储容量达到64TB。为了保证I/O的性能,在主机一端使用光纤通道,速度达到4Gb。为了保证存储系统的可扩展性和灵活性,使用FC SAN的存储配置。同时,计算节点之间可以通过Infiniband对 I/O节点进行访问,从而提高I/O性能。
 
曙光除了为中国医学科学院病原生物学研究所用户提供包括CB60-F(Intel计算刀片)集群系统外,还提供了曙光曙光DS6310FE石硬盘、BladeEngine刀片平台、A950r-F网卡、Infiniband网络设备及相关天潮机柜与Force10 S50N交换机系统,实现了物尽其用,综合配备,最大程度地满足了中国医科院病原所科研工作对高性能计算能力及存储的需求。
 
基于英特尔至强处理器的的曙光病原生物学大型计算平台,可有效保证中国医学科学院病原生物学研究研究平台运行的稳定可靠,避免了因系统故障导致的超算平台效率下降。极大的提高了原有计算模式的速度,保障了中国医学科学院病原生物学研究所学科研究上的应用,增强了中国医学科学院病原生物学研究所科研方面的核心竞争力。实现简便、集中、有效的管理,并可根据客户对性能的需求而进行动态调整。电源和散热策略的自动优化,对于空间的节省,部署效率的提升,都有助于降低总体拥有成本。
 
本方案充分考虑到了应用特点,使用Infiniband高速网,专门为曙光刀片平台所设计的Infiniband高速模块,减去了Infiniband的卡,交换机的成本,大幅降低Infiniband高速网成本和布线,同时保证了所有节点之前Infiniband全线速互联。
 
方案特点
 
1、高密度
 
方案采用的是目前业界主流的双路四核刀片构架,可以在7U空间中容纳80个计算核心。采用大容量的SATA FCSAN,在保证50T海量存储的前提下,只需要7U空间,同时保证了兼容性,可扩展性。
 
2、高性能
 
本方案浮点运算峰值达到2.0万亿次(2.0T FLOPS),存储规模达到64TB,能够满足用户应用大的计算量和海量存储的需求。刀片间使用DDRII Infiniband高速模块,带宽达到20GB,延时只有1.5us。
 
3、先进性
 
方案采用的SMP八路共享内存小机,所采用的是AMD Opteron barcelona 四核处理器,其创新性的直连架构,可有效消除前端总线的瓶颈,使得CPU的使用效率大幅提高。
 
4、高可用可靠性
 
每台刀片使用冗余电源,热插拔硬盘,服务器存储和磁盘阵列的存储系统使用数据保护的RAID5,保证系统的稳定性和数据的稳定性。
 
5、可扩展性
 
方案使用的曙光刀片TC2600平台,可以兼容曙光双路AMD刀片,双路Intel刀片和四路AMD刀片。为以后的多架构、多应用打下很好的扩展基础。存储采用FC SAN的存储结构,保障了性能和配置的灵活性,用户可以在这个的基础上对存储不断扩展。
 
6、高应用性
 
Intel xeon 双路四核刀片有着不可比拟的优势,除了在运行传统的消息传递的并行程序程序时保证了更好的性能,在运行共享存储的并行程序时,更是保证了2倍以上的扩展性。u
 
7、低功耗
 
本方案采用的CB860刀片式服务器,比起标准机架式服务器功耗的节省约30%。曙光刀片管理系统能有效减低空载空耗现象,实现高应用高效能低功耗。为用户节约了运行成本,同时符合现代IT设备的绿色环保要求。
 
小结
 
曙光病原生物学大型计算平台作为一个助力现代医学研究信息化建设、科研工作的高科技平台,它带来的不仅是运行效率的显著提升,同时也完全满足了用户对更高计算性能和更低成本的追求,让用户在最大程度上感受到高性能计算技术的真实价值,从而实现稳定、高品质的服务,也将在更深层次上推动我国医学研究行业高性能计算系统的建设,让中国的医疗事业发展在高性能计算平台上扬帆起航。
 
曙光病原生物学大型计算平台的成功使用不但验证了拥有刀片服务器自主知识产权的曙光公司的创新能力,而且曙光公司的国际影响力得到进一步加强。
责编:王珂玥
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