1、XX 汽车有限公司CAE 高性能计算平台方案建议书（初稿）2012 年 3 月 30 日文档说明此文件属于商业机密文件. 经过有关方面批准方可从作者获取.保密说明 本建议书属于商业机密文件，书中的所有信息均为北京九联云天科技有限公司机密信息，仅供 XX 汽车客户使用。务必妥善保管并且仅在与项目有关人员范围内使用，未经北京九联云天科技有限公司明确做出的书面许可，不得为任何目的、以任何形式或手段（包括电子或机械复印、录音或其他形式）对本文档的任何部分进行复制、存储、引入检索系统或者传播。特别声明 本建议书内容，包括价格和配置，只适用于 XX 汽车客户。尽管北京九联云天科技已经尽力使本文档内容完整和
2、有效，但仍可能有技术方面不够准确的地方或印刷错误。如果需求有所变化，北京九联云天科技将对有关内容进行相对应的调整，并在本投标未来版本中体现。IBM 是国际商业机器公司的注册商标。本文档提及的其他公司、产品和服务的名称，可能是其他公司的商标或服务的标志。本建议书的有效期为自递交之日起 3 个月。 目 录第 1 章 概述 4第 2 章 关于 IBM 高性能计算的简介 7第 3 章 汽车行业 CAE 应用程序的特点及计算平台的选择 11汽车行业 CAE 分析的过程 11CAE 高性能运算应用程序的特点 11CAE 硬件平台的选择 15IBM Cluster 1600 介绍 17IBM Cluster
3、 1350 Linux 集群系统（IBM 刀片中心）： 20IBM 优势 21第 4 章 CAE 高性能计算系统设计原则 24应用通用性原则 24系统高扩展性原则 24系统高可用性原则 25处理器性能最大化原则 25高性价比原则 26第 5 章 CAE 高性能计算平台方案 27关于 XX 汽车 CAE 项目投资的几点建议 27总体方案描述 27二期扩展方案 31第 6 章 相关产品技术介绍 32IBM Power 575 32IBM BladeCenter 34IBM BladeCenter HS22 38IBM System x3650 M2 41IBM System Storage DS5
4、000 系列模块化企业存储系统 43IBM 并行文件系统 GPFS 简介 46xCAT 集群系统管理软件 48IBM 智能系统管理 49第 1 章 概述CAE 一直是高性能计算的主要应用领域。随着现代汽车技术的发展，特别是与其它学科如数学、物理、化学、材料科学的结合，汽车应用所需处理的数据信息量不断增加，对运算能力的需求也越来越大，由于并行计算技术的飞速发展，汽车 CAE 模拟的应用平台也逐渐从巨型机过渡到高性能计算机系统，这也为用户提供了一个具有更高性价比的选择。近年来，高性能计算作为大规模 CAE 应用的基石，在工业和制造业领域的应用越来越普遍和广泛。从 TOP600 的统计信息来看，工业
5、领域所占的比例在不断增加。2005 年 6 月，工业用户使用的高性能计算机占到 52.8。而其中的半导体和制造业用户所占的比例相当可观。其中美国半导体公司大约有 70 台。许多国际著名的制造业大公司已实现了产品的虚拟化设计和制造，并实现了全球资源共享，利用全新的理念设计产品。美国、日本的一些公司都拥有总计算能力超过数十万亿次的高性能计算机用于新产品的研发。主导世界制造业方向的大集团公司目前都拥有大量的超级计算机用于产品设计和数据处理，制造业信息化是知识经济时代企业核心竞争的必要组成环节。中国在世界上有“ 世界制造中心 ”的称号，但是实际上我们的制造还大多数属于很简单的浅层面。更多的时候，通常的
6、做法是产品在国外设计研发，在国内生产。不过，在如今，国内的制造业一方面有了自己的进步，另一方面，国外的知名企业也纷纷将自己的研发中心设置在了国内。在开始阶段，在国内作的研发可能还更多的出于本地化需求，不过，相信在不久的以后，会有更多的分析和研发需求会在中国出现。从设计产品的设计到研发到制造，整个环节都会在国内实现。目前，在汽车领域，国内的 CAE 进展的比较早,典型的应用有汽车的冲撞试验。XX 汽车有限公司，1992 年 5 月 18 日成立。2002 年 10 月 25 日，由中国东风汽车公司与法国雪铁龙公司的合资合作提升为与法国标致雪铁龙集团的合资合作，导入标致品牌，新的合资公司于 200
7、3 年 1 月成立，新合资公司的中文名称不变仍为 XX 汽车有限公司(以下简称“XX 公司” ），英文名称为“DONGFENG PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILE COMPANY LTD”（缩写为“DPCA”）。 XX 公司总部位于中国湖北武汉，分别在武汉、襄樊两地建有包括冲压、焊装、涂装、总装、发动机、车桥、变速箱等工艺的武汉一厂、武汉二厂、襄樊工厂。2008 年 3 月，XX 公司已具备年产 30 万辆整车、40 万台发动机的生产能力；生产高档轿车的武汉第二工厂将于 2009 年下半年全面建成投产，届时，XX 公司将具备年产 45 万辆整车的生产能力。XX 公司实行“ 一
8、个公司、两个品牌 ”的经营模式，东风标致商务部总部设在北京，东风雪铁龙商务部总部设在上海。目前拥有东风雪铁龙、东风标致两大品牌的七大车型系列，包括东风雪铁龙凯旋、世嘉（三厢/两厢）、萨拉 毕加索、新爱丽舍（三厢/两厢）、C2，东风标致的 307（两厢/ 三厢）、207（两厢/三厢）。随着今年下半年第二工厂高档轿车的下线，XX 公司的产品线将覆盖经济型、中高档、高档等各个细分市场。XX 公司自成立以来，始终肩负“成就拥车梦想，优化生活品质 ”的光荣使命，开创了中国汽车发展史上“高起点、大规模、专业化 ”建设的先河。在充分消化、吸收两大股东领先技术和先进管理经验的基础上，不断创新发展，创造了“一撞
9、、一漂、一贴、一认证” 的奇迹，取得了 “家用第一车、环保第一车、安全第一车 ”和“史上最牛车 ”等诸多殊荣，树立了 “安全可靠、环保舒适、创新科技”的产品形象和品牌形象。始终坚持“关怀每一个人，关爱每一部车” 的经营理念，不断为广大用户提供满意的产品和服务，树立起了良好的口碑和企业形象。近年来，XX 公司的建设发展步伐不断加快，年产销量先后突破 10 万辆、20 万辆，并正在向更高目标迈进，生产经营已呈现出良好的发展态势：产销稳步增长，成本控制成效显著，经营质量明显提升，自主研发能力日益增强。同时，随着 XX 公司以品牌战略、产品战略、成本竞争战略、质量领先战略、自主研发战略、工业化战略、人
10、力资源战略、组织与信息化战略、供应链战略、可持续发展战略等十大核心内容为支撑的永续发展战略的确立，XX 公司的未来发展之路更加清晰，更加充满希望和期待。未来几年，XX 公司将进一步加大新产品的投放力度，进一步提升产品竞争力和市场营销能力，全力打造 2-3 款年销量过 10 万辆的战略车型。以追求品质口碑领先、追求科学稳健发展、追求人车社会和谐为事业梦想，以成为最让人信赖的轿车企业为发展愿景的 XX 公司已拉开来新一轮跨越式发展的大幕，必将在未来的中国汽车市场焕发更加夺目的光彩。随着科研水平的不断提高，汽车 CAE 模拟对计算能力的需求也不断增长。经过广泛调研，XX 汽车决定采购一套高性能计算机
11、系统用以运行 CAE 软件。第 2 章 关于 IBM 高性能计算的简介高性能计算多年来一直是科技综合实力竞争的制高点，也在一定程度上反映了各大公司在系统研发方面的实力。在过去十年中，高性能计算技术正处于创新的高峰期，其处理速度和总体计算能力的发展远高于摩尔定律描绘的芯片技术的发展速度。作为行业的技术领先者，IBM 公司在这一领域积累了长达半个世纪的丰厚经验，并在关键技术领域不断创新，发明了包括并行处理、对称多处理机和高性能计算机系统等并行计算的核心技术，并通过它们始终保持着在业界的领先水平。过去 15 年以来，IBM 的专利数量都一直居于所有美国公司的首位。IBM 长期以来致力于高性能计算领域
12、的技术发展和应用完善，当其它 IT 厂商由于机会或者财务限制，在这种科学计算市场中进进出出时，IBM 就从每年50 亿美金的研发经费中按比例、持续地投入高性能计算领域。IBM 承诺将保持在高性能计算领域的领先位置。IBM 发明了包括并行处理、对称多处理机和集群等技术，并通过它们始终保持着在业界的领先水平。 并且 IBM 还承诺，通过利用和增强基于开放资源技术与工业标准服务器的 Linux 集群，来提供给客户更多的机会。IBM 将会成为这种方案的领先提供商，我们在世界各地成立了专门的队伍，为 Linux 的发展贡献力量，帮助客户或合作伙伴将应用移植到 Linux 平台，开发更多的新技术和应用。I
13、BM Linux 集群系统是利用先进的体系架构将 IBM 的 System x 系列服务器、System p 系列服务器以及 TotalStorage 存储解决方案连接起来，通过集群技术实现高性能运算。由于 Linux 集群系统性能卓越，可用性高，扩展能力强和易于掌握等优势，一经推出，就被科学运算领域和商用领域的用户认可。众所周知，IBM 公司长期以来在高性能运算方面投入了大量的精力，并取得了很好的成绩。在高性能运算 TOP 500 名中， IBM 公司占有很大的份额。IBM 的大规模并行处理机 SP 系统已广泛地运用在各个领域，该机（深蓝）曾在 1997 年中的“ 人机大战 ”中因战胜棋王卡
14、斯帕罗夫而享誉全球。作为后起之秀的 Linux 集群系统，吸取了 SP 大规模并行机的诸多优势，并且将 SP 上的优秀的系统管理软件和并行处理方面的程序移植到 Linux 集群系统上，如并行系统管理软件 PSSP 和通用并行文件系统 GPFS 等，从而使 Linux 集群系统不仅能在并行运算方面的性能得到保障，增强了集群系统的可管理性，最新的技术进步使得在相同的空间内采用刀片式服务器，从而将节点密度提高一倍，大大降低成本。也正因为如此，IBM 的 Linux 集群解决方案越来越受到众多的用户群的关注，其中包括著名的蓝色基因(Blue Gene)以及目前在全球高性能计算集群中排名第一的“走鹃 ”
15、（RoadRunner）。图 1：蓝色基因系统示意图在 2008 年 6 月最新公布的全球 500 强超级计算机中，188 套来自 IBM，其中 5 套位于前 10 名，35 套位于前 100 名，其每秒钟的运算能力总和达到了8903 万亿次，是 500 强所有系统运算能力总和的 39.4%，占绝对主导地位。其中，全球最快的计算机是 IBM 的“RoadRunner”，实测浮点运算能力达到每秒1105 万亿次。以下是目前全球超级计算机前十强的名单，IBM 占据了 5 席：# Ven-dor Rmax TFlops Installation1 IBM 1105DOE/NSSA/LANL (QS2
16、2/LS21)2 Cray 1059Oak Ridge NL - Jaguar(XT5 QC 2.3 GHz Opteron)3 IBM 825.5FZJ Juelich (72 racks Blue Gene/P)4 SGI 487.0NASA Ames(Altix QC 3.0/2.8 Xeon)5 IBM 478.2 DOE/NSSA/LLNL (104 racks BlueGene/L)6 Cray 463.3NICS U Tenn - Kraken(XT5 QC 2.3 GHz Opteron)7 IBM 450.3Argonne Natl Lab (40 racks Blue Ge
17、ne/P)8 Sun 433.2Texas Adv Comp Center(QC 2.3 GHz Opteron)9 IBM 415.7DOE/NSSA/LLNL(36 racks Blue Gene/P)10 Bull 274.8FZJ Juelich(QC 2.93 GHz Nehalem)来源： http:/www.toP600.org 在国内，IBM 的高性能计算机系统客户遍布生命科学、环境科学、物理学、化学、数学等自然学科领域，以及高等教育、石油勘探、航空航天、汽车制造等各行各业，其中包括目前国内运算能力最强的中国国家气象局 UNIX 高性能计算机系统（21.7TFlops ），以及
18、目前国内排名第二的中科院网络中心百万亿次超级计算机。为了更好地提供高性能计算应用支持，IBM 和许多全球领先的高性能计算应用软件提供商进行了紧密合作。在 CAE 领域，长期以来 IBM 的行业专家在CAE 代码并行化和优化方面有着有丰富的经验。第 3 章 汽车行业 CAE 应用程序的特点及 计算平台的选择汽车行业 CAE 分析的过程一般说来，CAE 分析主要包括前处理、计算分析和后处理这 3 个过程。前处理主要是建立问题的几何模型、进行网格划分、建立用于计算分析的数值模型、确定模型的边界条件和初始条件等；计算分析是对所建立的数值模型进行求解，经常需要求解大型的线性方程组，这个过程是 CAE 分
19、析中计算量最大、对硬件性能要求最高的部分；后处理则是以图形化的方式对所得的计算结果进行检查和处理图 1 给出了采用计算机进行产品开发的流程，包括建模、前处理（模型修改和网格生成）、计算分析、交叉学科综合及后处理几个部分。其中高性能计算主要应用于计算分析部分，统称为计算机辅助工程（CAE）。图 1 是 CAE 的分析过程。图 1 计算机主要在 CAE 分析过程的后期解算部分发挥作用CAE 高性能运算应用程序的特点CAE 高性能运算的应用可以分为隐式有限元分析（IFEA ）、显式有限元分析（EFEA）和计算流体动力学（CFD）三个子学科。采用隐式算法的软件主要有 ABAQUS/Standard、A
20、NSYS 、MSC.NASTRAN 等，适合求解静力、模态、屈曲等问题；采用显式算法的软件主要有 ABAQUS/Explicit、LS-DYNA、PAM-CRASH 等，适合求解接触、碰撞、冲击等问题。几乎所有的制造企业的高性 能计算都依赖于独立软件开发商（ISV）提供的商业软件，只有流体动力学算题中结构网格计算类型的部分软件是用户自己开发的。因此制造行业用户在购买硬件 平台的同时通常会购买相应的科学计算软件产品。而在某种程度上，往往是应用软件的特性决定了硬件平台的选择。从对计算资源的需求来说，隐式解法的基本特点是内存占用多、磁盘 IO 大、进程通信量大，因此，隐式解法要求系统的内存容量大、访存带宽高、磁盘 IO速度快、通信延迟低；相对而言，显式解法对内存、磁盘 IO 和通信延迟的要求要低一些。
