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探索新机制 研发高性能计算技术体系

记中国科学院计算机网络信息中心研究员 迟学斌

夏天    2019-03-15 15:59:56    人民周刊网

 

高性能计算机是世界各国科技发展的象征,被广泛应用于航天、天气预报、海洋环境模拟等诸多领域。迟学斌就是国内该领域的学术带头人之一,自“十五”以来,主持及承担了科技部973项目、863项目、国家科技平台项目;自然科学基金委重大及面上项目以及院级知识创新工程等多项科研项目。“十一五”和“十二五”期间,连续担任科技部“高效能计算机及网格服务环境”重大项目专家组成员。严谨的科学作风,极强的创新能力,让他在高性能计算领域成绩斐然。

 

深入探索  助力计算机技术发展

目前,迟学斌带领团队投入到“国家高性能计算环境服务化机制与支撑体系研究”项目中,该项目将从资源接入评价和标准、核心服务优化、运行管理支撑体系完善、基础设施提升等几方面开展服务化全面升级工作,为中国高性能计算技术的发展添砖加瓦。

迟学斌作为该项目的带头人,有着深厚的科研功底,他的身边凝聚了大批勇攀高峰的科研人员,在他的带领下,团队攻克一个又一个科研难关,完成了的一款面向高性能计算的、轻量级的、可稳定运行的网格系统软件SCE。这款软件由迟学斌所在的中国科学院计算机网络信息中心自主研发,其目的是聚合多个超级计算机资源,屏蔽底层异构性,实现资源的统一管理和调度,使之作为一个整体面向用户提供便捷的计算服务。

为满足科学计算领域用户的不同需求,SCE提供了多种使用方式,包括命令行、Portal和API。命令行适应传统的高性能计算领域用户,交互式较强;Portal适用于化学、生物等不熟悉计算机命令的应用领域用户,操作界面简单易学;API主要用于针对特殊需求,基于SCE的二次开发。

实用性和便利性一直是迟学斌强调的科研初衷,而SCE软件成功的将二者相结合,自部署到高性能计算环境后,不负众望,稳定持久的为用户提供高质量的服务。通过应用封装,在资源层屏蔽了集群从硬件、软件到操作环境的异构性,在服务层结合用户使用习惯提供友好的操作界面。通过应用封装技术,SCE的全局作业调度确保调度的作业在目标资源上可以正确执行,并引入历史和测试经验,可实现最优执行时间的资源匹配。

SCE可以通过RPM包快速安装部署,配置过程也十分简单。它的模块化结构降低了网格环境与高性能计算系统的耦合性,把系统管理的工作减到了最少。

在资源层之上是SCE的前端服务(FS),主要用于资源接入与监控,作业局部调度,局部信息管理,以及一些HPC的执行控制。通过定义HPC的各种驱动,可以有效的屏蔽不同的HPC资源在操作和信息方面的异构,以及连接方式上的差异。

系统服务层(CS)是SCE最核心的模块,提供了用户使用超级计算环境所必需的最基本功能,主要包括作业全局调度与管理服务、数据传输与管理服务、用户与权限服务、资源信息管理服务、安全策略、以及计算环境管理。

自承“国家高性能计算环境服务化机制与支撑体系研究”项目以来,迟学斌在保证科研进度的同时,坚持踏踏实实走好每一步,他相信,不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。为此,他兢兢业业,全身心投入,带领所有参与团队砥砺前行,目前,项目已进入新的阶段,即“国家高性能计算环境服务化机制与支撑体系研究(二期)”。

为了给国家高性能计算环境提供服务化运营的管理支撑平台,形成能长期稳定可靠运行的基础设施;需要完成环境资源的进一步升级,引入环境资源评价与准入机制,聚合结点数达17个以上,聚合的计算资源500PFlops 以上,存储资源500PB 以上,部署应用软件和工具软件500个以上,以研究团队为单位的用户数达到5000 以上。该项目一旦完成,将会为整个社会带去经济与社会双重效益。

 

立足实用性   推进成果转化

为探索高性能计算可持续发展道路,迟学斌带领团队立足实用性,通过应用社区的建设尝试全新的服务模式和商业化运营模式。依托国家高性能计算服务环境,课题分别结合工业产品制造、新药创制、数据媒体和文化创意三个应用领域的应用特点,面向用户提供更加符合其业务特点和流程的个性化的高性能计算服务,实现服务的多样化和专业化,全面提升用户体验和服务质量。

工业产品创新社区以工业领域用户的实际需求为向导,结合云计算理念,利用已有的成熟技术、标准和规范,支持资源的多样性,管理的复杂性,用户的多样性和商业运营,构建稳定、安全、高效、可扩展的工业社区。计划为工业产品创新社区提供的特色服务包括仿真计算、优化设计、工业产品设计计算的前后处理、动态License共享等。

新药创制社区注重研究人员在新药创制操作和流程上的习惯,突破传统软件整合的思想,在集结了多学科计算软件基础上,通过工作流、可视化以及第三方工具,为用户提供一站式服务。目前可支持Ligand builder V2, AutoDock vina, SHAFTs三位相似性计算,反向对接计算多多种应用服务。

2012年,SCE软件出口苏丹,用于构建苏丹网格环境。项目组一行5人赴苏丹喀土穆,进行了为期一周的网格软件项目实施、技术培训与交流。2015年,SCE软件与欧洲高能物理网格ATLAS接轨。基于ATLAS中间件Arc CE,利用SCEAPI-REST开发了作业和数据管理插件,通过“桥接”的方式实现将ATLAS作业转发到由SCE中间件所管理的中科院超级计算环境(ScGrid)中。目前,ATLAS作业已经成功运行于超级计算结点“元”上,运行效果达到预期。

 

双轨并行  科研桃李两不误

迟学斌是个很儒雅但又颇为执着的人,在他看来,他既然选择了高性能计算领域,就要为这个领域的发展贡献自己的力量,从来只做不说的他,用丰硕的科研成果,将责任二字落实到科研工作中。

迟学斌所在的超算中心是免费对科学院内部的机构开放的。为中心找项目成为迟学斌的另一项工作内容,那时,联想深腾6800就是其中一个合作项目。

2003年,联想深腾6800超级计算机被中科院列入“2003年中科院六大科技创新成果”之一。2003年底,联想深腾6800超级计算机安装到中科院超算中心,在2004年5月份正式向科学院内部单位免费开放。

迟学斌有多年提供计算服务的经验,超算中心在2004年1月到4月完成了对原大楼的布线改造后,短短6个月的时间里,就已经给91家院内外用户提供了计算服务,其中有国家气象局、北京气象局、国家地震局等单位。这些项目涉及气象气候预报、石油勘探模拟、航空航天设计、生物药物研究、工业设计模拟和基础科学研究等各个领域。

在从事科研的过程中,迟学斌不断成长,履历表上硕果累累,提到成绩,迟学斌一笑而过,转身又进了实验室。现在的他,投入到了 “国家高性能计算环境服务化机制与支撑体系研究”工作当中,目前,该项目取得了突破性进展。

迟学斌不仅是一位敬业的科研人员,同时也是孕育桃李的师者。如果说科技是一个国家最犀利的武器,那么,人才就是这款武器的创造者。

为此,迟学斌在从事科研的同时,加大培养人才的力度。他所开设的“高性能计算系统”课程,深受学生们的喜爱,幽默的授课方式,自由的讲课风格,让他成为学生们心中的良师益友。学生们在迟学斌的引导下,一步步进入高性能计算领域的殿堂。

迟老师思维灵活,培养研究生时,尊重学生的自主意愿,由他们自己选择研究方向,天高任鸟飞,海阔凭鱼跃,自由的空气,让学生们在快乐中学习和研究,但当学生遇到难题时,迟老师就会出现在他们身边,用丰富的知识和科研经验亲自指导。

迟老师的学生在毕业后,有的进入阿里、百度、微软等各大互联网公司,有的则在银行、政府机构工作,还有一部分人选择自主创业,均获得了很好的发展。

这就是迟学斌,一位畅游在高性能计算领域的科研工作者,在他看来,高性能计算是科技领域的汪洋,生物、信息、电子商务、金融、保险等诸多产业都有它的身影,它的发展必将有效带动多学科多领域的快速发展,为了实现这一目标,他将继续奋斗在科研第一线,用兢兢业业书写中国高性能计算的未来……

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