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 珠联璧合,戴尔助力清华大学加快探索生命的脚步
2019-2-22

 
珠联璧合,戴尔助力清华大学加快探索生命的脚步
 
高等院校,科技创新的前沿阵地,顶尖人才济济一堂,在一方天地,挥洒热情与智慧,为国家科技事业向上攀登贡献力量。你能想象,一群IQ超140的天才摁着计算器进行火箭安全性分析吗?
                                    当然不!
大规模科学计算及海量数据处理,唯有每秒万亿次级算力的HPC方能与之匹配。
顶尖学府实现科技创新,人才与设备,缺一不可
下面看清华大学蛋白质技术研究中心,是如何运用高性能设备加快生命科学研究,向上探索人类知识的边界的。
                       高算力为生命科学研究插上翅膀
数字时代,通过生命科学提高人类健康和改善生活环境,已经是指日可待,在生命科学研究中,计算能力是研究成果以及从科研到应用的关键。
清华大学蛋白质技术研究中心(简称“中心”)是在清华基地设施建设基础上成立的,旨在建设标准化、自动化的工程技术手段,以提升蛋白质结构解析水平,高精度地测定从蛋白质分子到全细胞的三维结构,并在此基础上揭示蛋白质及其复合体的功能、规模化制备蛋白/抗体,建成具有国际一流水平和综合示范作用的蛋白质科学研究的核心基地。
                                      清华大学蛋白质技术研究中心
蛋白质结构的研究工作,对于揭示生物体内诸多生命过程的细节,以及重大疾病的防治和和药物的发明具有重要的指导意义。
为了从分子水平上认识蛋白质这样的生物大分子在生命活动中的作用机制,分析其三维结构是关键。
                         
    蛋白质三维结构图
而要获取蛋白质的三维结构,单颗粒冷冻电子显微镜(以下简称“冷冻电镜”)是一种强有力的手段。
冷冻电镜获得的是分子的二维图像,解析二维图像与生物大分子的三维空间结构之间的关系,需要大量的图像数据
                    冷冻电镜
通常,为了满足分子分辨率的要求,需要图像数据大于10000;而要获得原子分辨水平的结构,则需要图像上百万张
处理如此级别的数据,唯有强大的高性能计算平台方可胜任。
 
                         横亘在高性能平台前的“四座大山”
清华大学蛋白质研究技术中心建立了一个面向生物研究的高性能生物计算平台,为其生物科学和医疗的研究项目提供计算服务。
然而,生命科学研究项目中动辄产生上百TB甚至PB级别的数据,不同应用作业对高性能平台的计算环境还有着不同的要求,中心搭建高性能平台,遇到了一些挑战
01
数据量增长10多倍,计算能力要“跟得上”
清华大学研究团队所采用的冷冻电镜技术在过去两年里取得了革命性的进展,具体来说就是照相机技术实现了飞跃,将采集数据的能力提升了10多倍甚至上百倍,由此研究蛋白质结构的源数据呈几何级数增加,这就要求中心必须全面提升后期的数据处理与计算能力。
02
亟需简化管理保障服务品质
随着生命科学研究项目不断增加,如何根据不同项目和研究人员个性化需求配置资源、即时回收资源,实现跨整个高性能资源池的集中统一管理,并简化维护和管理,降低运维人员的负担,是科研高性能计算平台普遍面临的问题。
03
TCO居高不下
传统分层的计算存储资源利用率低,导致新增开支快速攀升。此外,能耗也成为阻碍高性能计算中心扩容的一堵无法越过的“高墙”。
04
网络性能不能拖后腿
高性能网络是保障高性能集群正常运行的关键,伴随单节点计算和存储性能的不断提高,高性能用户需要万兆、四万兆、十万兆,以及InfiniBand网络选择来满足不同高性能计算需求。
                                 对症下药,实现质的飞跃
为了应对上述挑战,清华大学蛋白质技术研究中心选择与Dell EMC合作,引入了Dell EMC为高性能平台提供的端到端的配置安装服务,成功构建了一个拥有250物理计算节点、5000计算核心、存储总容量为1.92PB、理论计算能力为208Tflops的高性能计算平台,平台通过Lustre技术,可实现20个融合架构的集中统一管理。
4倍性能提升,4.1TFLOPS/U的计算密度
中心基于Dell EMC PowerEdge FX2 融合架构方案构建高性能平台,可以针对不同项目量身定制FX2配置。
其中,FC430 高密度计算节点支持 14 核英特尔®至强 TM E5-2600v3 处理器,在 2U 密度已高达 224 个计算核心,U 空间的计算性能密度达到业界领先的 4.1TFLOPS。同时,支持 64 DIMM 高密度内存,保证高性能和低延迟性能要求。
不仅如此,FC430 还支持 InfiniBand 接口,这非常适合要求超低延迟的工作负载。在强大计算能力作保下,计算效率提升3-4倍,可以在1天内完成以往 4-5 天才可以完成的计算任务
                        
  Dell EMC PowerEdge FX2系列
Dell EMC PowerEdge FX2系列
简化高性能资源池监控管理
既要满足不同项目个性化需求,又要高效地简化IT管理,这是中心选择Dell EMC高性能平台方案的另外一个重要原因。
Dell EMC高性能方案让中心可根据项目需求,定制不同FX系统配置,同时通过机箱管理控制器(CMC)对 20 个 FX系统,实现高性能资源的集中监控管理。
此外,Dell EMC无代理生命周期管理和一对多远程管理功能,保证BIOS和固件程序更新不影响业务稳定性,还可提高系统内计算节点生命周期管理效率。
TCO降低约20%
综合模块化部署、自动化集中统一管理以及高密度和低耗能,帮助中心降低了约20%的TCO
其中,Dell EMC PowerEdgeFX2经过模块化设计将服务器、存储和 1G0b 网络通过主板链接构成融合一体机,同时提供共享的散热、电源、网络、管理和 PCIe 扩展插槽,降低数据中心占地耗能,帮助中心获得了良好的成本效益。
高速网络保障平台 I/O 性能
Dell EMC为中心提供了四万兆高性能网络,保证高性能和低延迟需求。
Networking Z9500 40Gbps 高性能交换机,提供 132个40Gb 以太网端口,为未来高性能网络提供高可扩展空间。
此外,Z9500 支持“按需购买、渐进扩展”定价模式,在保持成本优势的基础上为用户提供稳定的网络性能。它还支撑软件定义网络和OpenFlow架构,能够优化高性能网络长期投资回报
 
                                      Dell EMC科技加速科研高性能应用
作为科研创新前沿阵地,高校科研院所对于高性能的科研应用显然拥有极大需求。而教育部发布的《高等学校基础研究珠峰计划》,则进一步推动高等学校建设重大科技基础设施。
Dell EMC在全球高校和科研高性能计算有着丰富积累,如在国外,与加州大学圣地亚哥分校、德州大学奥斯汀分校以及佛罗里达大学合作建设了超级计算机中心。在国内,Dell EMC不光与清华大学、上海交大高校合作搭建高性能应用平台,还联合中科院成立了“人工智能与先进计算联合实验室”。
面对实验精度和获取的数据量的不断提升、跨学科之间合作以及新IT技术对于高性能系统带来的挑战,Dell EMC可以提供基于开放技术的高性能产品组合,包括从服务器、存储、网络到工作站,以及通过战略合作提供的高性能管理软件和平台,为用户提供更为广泛的应用支持。
 
 
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