氣象預(yù)測(cè)一直是高性能計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的主要用戶之一，其為人民提供日常生產(chǎn)、生活所必須的信息資料。作為國(guó)內(nèi)服務(wù)器行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的曙光公司，在氣象行業(yè)應(yīng)用中有著廣泛的經(jīng)驗(yàn)，早在2002年，曙光公司就推出了基于MM5模式的氣象專用機(jī)，充分優(yōu)化了并行機(jī)上的MM5模式。隨后，曙光公司在2004年為氣象行業(yè)完成了從32位平臺(tái)到64位平臺(tái)的移植。在今年4月，曙光公司又首次完成了WRF模式在X64高性能機(jī)群系統(tǒng)上的業(yè)務(wù)移植，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)在64位機(jī)上做WRF模式業(yè)務(wù)的先河。近期，曙光公司又首度將AMD公司新推出的巴塞羅那處理器成功應(yīng)用在了氣象行業(yè)，打造了成熟的四路四核信息化服務(wù)系統(tǒng)，為蘇州氣象局提供了一套集高可用性、高穩(wěn)定性于一身的科學(xué)、成熟的氣象預(yù)測(cè)平臺(tái)。

　　高性能需求的氣象預(yù)測(cè)平臺(tái)

　　氣象預(yù)測(cè)是氣象科學(xué)中發(fā)展最為迅速的一個(gè)重要組成部分，他所研究的大氣運(yùn)動(dòng)關(guān)系到區(qū)域重要災(zāi)害性天氣的生消。它一方面應(yīng)用衛(wèi)星、雷達(dá)、風(fēng)廓線儀和自動(dòng)觀測(cè)站等一系列新的探測(cè)工具，獲取觀測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);另一方面通過數(shù)值模式，對(duì)天氣變化過程進(jìn)行深入的模擬研究和預(yù)報(bào)試驗(yàn)。

　　蘇州氣象局是該行政區(qū)域內(nèi)最大的氣象事業(yè)組織，負(fù)責(zé)該行政區(qū)域內(nèi)重大災(zāi)害性天氣跨地區(qū)、跨部門的聯(lián)合監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)工作，需及時(shí)提出氣象災(zāi)害防御措施，并對(duì)重大氣象災(zāi)害作出評(píng)估，為本級(jí)人民政府組織防御氣象災(zāi)害提供決策依據(jù)。在變換莫測(cè)的自然天氣狀況前，蘇州氣象局需要一套高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，來滿足其在氣象預(yù)測(cè)工作中的各種需求。

　　首先，氣象預(yù)報(bào)有著驚人的計(jì)算量，其必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)傳輸來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算。而且，伴隨人們對(duì)氣象預(yù)測(cè)精度所提出的越來越高的要求，氣象預(yù)報(bào)精度的的范圍從以往的幾百公里縮小到了幾公里，這就更加提高了計(jì)算模型的運(yùn)算量。其次，在高速的運(yùn)算過程中，各個(gè)CPU之間的通訊量也非常巨大，整個(gè)系統(tǒng)需要有高性能的通訊網(wǎng)絡(luò)。另外，氣象預(yù)測(cè)具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，整個(gè)預(yù)測(cè)系統(tǒng)需要定時(shí)定點(diǎn)運(yùn)行，無需人工干預(yù)，具有良好的管理控制性能。

　　本次針對(duì)蘇州氣象局的應(yīng)用需求，曙光公司將已獲得廣泛好評(píng)的曙光TC4000A機(jī)群系統(tǒng)與AMD公司新推出的巴塞羅那處理器相結(jié)合，為蘇州氣象局提供了一整套完善的解決方案。

　　高端配置的曙光TC4000A

　　曙光公司本次為蘇州氣象局配置的TC4000A機(jī)群系統(tǒng)由20臺(tái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、2臺(tái)I/O節(jié)點(diǎn)、1臺(tái)管理節(jié)點(diǎn)和1臺(tái)登陸節(jié)點(diǎn)組成，系統(tǒng)采用Infiniband作為計(jì)算網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)配備千兆以太網(wǎng)作為管理維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，各配件設(shè)施的完美組合，奠定了整體系統(tǒng)高達(dá)25600億次/秒的運(yùn)算能力。

　　天氣預(yù)報(bào)具有很高的時(shí)效性，要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到預(yù)測(cè)結(jié)果，因此機(jī)群系統(tǒng)的運(yùn)算能力就需要面對(duì)海量氣象數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。曙光公司在蘇州氣象局的機(jī)群系統(tǒng)中，用最新2.0GHz的AMD巴塞羅那四核處理器為系統(tǒng)打造了強(qiáng)大的浮點(diǎn)、定點(diǎn)運(yùn)算能力。這些作為運(yùn)算核心的高性能處理器，鑲嵌在作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)的曙光天闊A820r-F中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在2U的機(jī)架空間內(nèi)集成了四路四核的體系架構(gòu)，且均可進(jìn)行并行計(jì)算，形成了強(qiáng)大的處理能力，完全可滿足系統(tǒng)的運(yùn)算需求。

　　為提高機(jī)群系統(tǒng)的整體性能，機(jī)群系統(tǒng)的I/O性能也是需要突破的一大瓶頸，否則機(jī)群的運(yùn)算能力將會(huì)受到制約，無法顯現(xiàn)四核處理器高速、流暢的運(yùn)算性能。曙光公司在該系統(tǒng)中將用于計(jì)算數(shù)據(jù)通訊的網(wǎng)絡(luò)和管理、登陸網(wǎng)絡(luò)分開搭建，不同用途的數(shù)據(jù)分流傳輸，解決了管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)與運(yùn)算數(shù)據(jù)爭(zhēng)搶帶寬資源的窘?jīng)r。

　　在計(jì)算數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，雙路雙核配置的曙光天闊A620r-F擔(dān)當(dāng)了系統(tǒng)中的I/O節(jié)點(diǎn)，其通過心跳線做成了高可用系統(tǒng)，可為整個(gè)系統(tǒng)提供持續(xù)的I/O服務(wù)。在I/O節(jié)點(diǎn)中，Infiniband網(wǎng)絡(luò)作為接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其提供了高達(dá)20Gb/s的雙向帶寬，延遲只有幾個(gè)微秒。并且，每臺(tái)I/O節(jié)點(diǎn)配置了1塊4Gb/s的光纖HBA卡，分別和具備2個(gè)4Gb/s主機(jī)通道的光纖磁盤陣列柜相連，為系統(tǒng)提供了超強(qiáng)的存儲(chǔ)空間和強(qiáng)大的I/O能力。

　　在管理和登陸通訊網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)也同樣采用天闊A620r-F，加上專用的千兆網(wǎng)，承擔(dān)起和其它網(wǎng)絡(luò)的通訊以及系統(tǒng)管理、監(jiān)控的責(zé)任。作為管理、登陸節(jié)點(diǎn)，速度不再是苛求的目標(biāo)，長(zhǎng)期平穩(wěn)的運(yùn)算性能是用戶更為關(guān)心的特質(zhì)。因此，在管理節(jié)點(diǎn)機(jī)的配置中，設(shè)計(jì)者別具匠心的在A620r-F中采用了可提供病毒防護(hù)功能的高性能BIOS;可以選單/雙通道SCSI RAID配置，支持在線恢復(fù)RAID陣列;多網(wǎng)卡冗余體系，保證系統(tǒng)穩(wěn)定均衡的處理網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。各種配置，為管理節(jié)點(diǎn)提供了細(xì)致入微的高可靠性。

　　在機(jī)群的操作系統(tǒng)中，配有曙光公司獨(dú)家設(shè)計(jì)的第二代監(jiān)控系統(tǒng)，采用并發(fā)機(jī)制，能夠按用戶的需求伸縮管理配置功能，可對(duì)新增節(jié)點(diǎn)提供配置、管理的功能，使其自動(dòng)納入管理范圍。該種采用模塊化形式設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)可靠性和可管理性。

　　另外，整個(gè)機(jī)群的機(jī)柜系統(tǒng)采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的41U機(jī)柜，內(nèi)部含網(wǎng)絡(luò)布線系統(tǒng)，支持強(qiáng)電和弱電分離，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)群內(nèi)24個(gè)節(jié)點(diǎn)100ms自動(dòng)分時(shí)上電，減少了因集中上電對(duì)電源系統(tǒng)造成的沖擊，為系統(tǒng)提供了更好的安全性能。

　　成熟科學(xué)的解決方案

　　曙光4000A超級(jí)計(jì)算機(jī)機(jī)群系統(tǒng)是一款成熟的產(chǎn)品，在實(shí)際應(yīng)用中的曙光4000A，平均無故障時(shí)間(MTBF)突破了25萬小時(shí)大關(guān)，其高穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)得到了實(shí)際應(yīng)用的證實(shí)。在本次為蘇州氣象局設(shè)計(jì)的超級(jí)計(jì)算機(jī)解決方案中，曙光公司將成熟的產(chǎn)品與當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)相結(jié)合，在整個(gè)方案中體現(xiàn)了優(yōu)異的先進(jìn)性、擴(kuò)展性、兼容性和完整性。

　　先進(jìn)性

　　在江蘇氣象局的信息化解決方案中，無論是在硬件還是軟件方面都體現(xiàn)了曙光公司產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性，其順應(yīng)信息化產(chǎn)業(yè)的主流發(fā)展趨勢(shì)，集合新產(chǎn)品和曙光公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為用戶提供了更高性能的新世代產(chǎn)品。

　　在硬件方面，該解決方案的先進(jìn)性主要體現(xiàn)在其所配置的“巴塞羅那”四核處理器上。同以往的雙核處理器相比，該款A(yù)MD新推出的四核處理器，不僅僅增加了CPU Core的數(shù)量，其在每一個(gè)CPU Core內(nèi)部，將SSE執(zhí)行單元加寬至128位，極大的提高了單核心的浮點(diǎn)處理性能，平均性能提高了54%。同時(shí)，巴塞羅那處理器沿襲了AMD獨(dú)特設(shè)計(jì)的集成內(nèi)存控制器，使CPU到內(nèi)存的路徑更短，并在內(nèi)存帶寬上采用了一系列優(yōu)化技術(shù)，使得在不做其他改動(dòng)的前提下，內(nèi)存性能比雙核皓龍?zhí)嵘?0%，它們是構(gòu)建蘇州氣象局高可用性信息化系統(tǒng)的奠基石。

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