以浪潮分布式并行文件存儲筑基，中國科大為科研平臺注入新動力

北京2022年12月20日 /美通社/ -- 伴隨牛頓力學(xué)體系的建立而誕生的近代科學(xué)，開辟了一個全新的時代改變了人類的生產(chǎn)生活和思維方式，對人類社會的發(fā)展進程產(chǎn)生了深遠的、革命性的影響。時至今日，科技創(chuàng)新也依然是影響和改變經(jīng)濟、社會的關(guān)鍵變量。不斷向科學(xué)技術(shù)廣度和深度進軍，探索當前世界科技發(fā)展的最前沿，推動事關(guān)人類生存與發(fā)展的科技進步是每個科研機構(gòu)的目標，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱中國科大）致力于科學(xué)前沿探索和高新技術(shù)創(chuàng)新，為了更好支撐生命科學(xué)、天文、材料、人工智能等各學(xué)科領(lǐng)域研究，校網(wǎng)絡(luò)信息中心負責的學(xué)校計算平臺，以計算和存儲為平臺融合新技術(shù)應(yīng)用，推進重大科研創(chuàng)新平臺建設(shè)，提升創(chuàng)新體系效能，加速科技創(chuàng)新。

中國科大是中國科學(xué)院所屬的以前沿科學(xué)和高新技術(shù)為主、兼有醫(yī)學(xué)和特色文科的綜合性全國重點大學(xué)，于1958年在北京創(chuàng)建，重點培養(yǎng)新興、邊緣、交叉學(xué)科的尖端科技人才，其中包括一批國際知名的科學(xué)家，在單分子科學(xué)、高溫超導(dǎo)、納米科學(xué)、地球環(huán)境、生命與健康等前沿領(lǐng)域取得了世界水平領(lǐng)先的科研成果。

近幾年生命科學(xué)、材料科學(xué)、力學(xué)、人工智能、天文等學(xué)科的項目隨著新技術(shù)和新儀器的應(yīng)用，取得了科研成果的同時，也對科研創(chuàng)新平臺在計算及存儲性能和容量上提出了新的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的計算中心整體資源使用率接近極限，居高不下，生物工程、生態(tài)環(huán)境、新材料、天文觀測等科研項目，科研實驗的數(shù)據(jù)采集具有周期長、采集復(fù)雜、環(huán)境要求較高，甚至如氣候數(shù)據(jù)是不可復(fù)雜再生的，此外科研項目涉及的眾多研究員來自不同的高校等科研單位；因此為了穩(wěn)固地按照時間節(jié)點推進科研項目，采集分析實驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)安全可靠必須得到保障，不容任何丟失。如生命科學(xué)領(lǐng)域的研究像冷凍電鏡設(shè)備，采用從樣品冷凍、低劑量電子斷層掃描到三維重構(gòu)的技術(shù)，開展生命科學(xué)基礎(chǔ)研究，在其整個流程中，圖像處理、三維重構(gòu)是非常核心的步驟，對計算和存儲的需求非常高，平均每分鐘就能產(chǎn)生5-6張Image Stack圖像數(shù)據(jù)，按照24小時不間斷地工作計算，每天會產(chǎn)生超過數(shù)TB的數(shù)據(jù)，每年可達數(shù)PB，并且采集的海量文件數(shù)據(jù)要就行高并發(fā)的模型重構(gòu)，處理后的數(shù)據(jù)及時歸檔存儲，一方面釋放性能資源的占用，一方面更好的保存寶貴的原始科研數(shù)據(jù)以備后續(xù)計劃使用，全校多個領(lǐng)域的持續(xù)新增的科研項目的需求，對計算存儲平臺整體方案的性能、容量、安全穩(wěn)定都提出了新挑戰(zhàn)。

百萬級IOPS、百GB帶寬，為科研平臺注入新動力

聚焦前沿科學(xué)研究，致力尖端科技突破，注重學(xué)科交叉融合，努力實現(xiàn)創(chuàng)新和科技成果轉(zhuǎn)化的重大突破，為了保障不同學(xué)科課題項目的順利、高效開展，中國科大網(wǎng)絡(luò)信息中心深入分析科研項目對計算中心的需求，整體籌劃，以計算+存儲為核心的整體方案升級集群系統(tǒng)，部署了25個浪潮GPU服務(wù)器節(jié)點、一套浪潮分布式并行文件存儲AS13000系列，為科研平臺提供了計算及數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施支撐。

為了滿足不同學(xué)科領(lǐng)域項目采集的數(shù)據(jù)在研究不同時期數(shù)據(jù)對存儲性能、容量的需求特點，數(shù)據(jù)層采用了基于浪潮分布式并行文件存儲AS13000系列構(gòu)建的數(shù)據(jù)分層存儲方案，通過配置NVMe SSD高性能硬盤的全閃存節(jié)點構(gòu)建了高速性能層，通過30個4U60盤位的高密節(jié)點搭建了11PB可用空間的容量層，集群中所有分布式節(jié)點參與并發(fā)讀寫，基于聚合的小文件優(yōu)化技術(shù)，減少了數(shù)據(jù)寫入硬盤次數(shù)，提高小文件讀寫性能，實現(xiàn)了集群聚合讀帶寬160GB/s以上，寫帶寬100GB/s以上，同時隨機讀IOPS達205萬，保證科研項目順利進行。存儲集群采用同一目錄命名空間，可以自動根據(jù)數(shù)據(jù)訪問在高速存儲及普通容量層中遷移，確保發(fā)揮更大性能。此外浪潮分布式并行文件存儲AS13000可提供文件、對象、塊、大數(shù)據(jù)等多種存儲服務(wù)，通過靈活的存儲協(xié)議選擇以及多種存儲協(xié)議之間的互通性滿足多領(lǐng)域科研項目課題的負載多樣性。

聚合讀寫帶寬性能

數(shù)據(jù)存儲集群具有高冗余模式，當某節(jié)點出現(xiàn)故障時，可以自動切換到備用節(jié)點上，科研平臺數(shù)據(jù)不會丟失，保證了數(shù)據(jù)安全性，設(shè)備類故障頻率降低，保障項目課題的持續(xù)運行。此外，中國科大考慮到科研平臺未來研究方向的增多及規(guī)模的增大，浪潮分布式并行文件存儲AS13000可以根據(jù)后期業(yè)務(wù)的增長，在線擴展新的節(jié)點，系統(tǒng)的性能和容量會隨著節(jié)點數(shù)量的增加線性增長，保護了科研項目的持續(xù)性研究。

浪潮存儲

2003年正式建成的中國科大校級計算平臺是學(xué)校六大公共實驗中心之一，也是國內(nèi)高校最早的平臺之一。目前投入設(shè)備采購費用已超1.2億元，1300臺在使用中的服務(wù)器，提供總雙精度浮點5409萬億次/秒的計算能力，利用率超過80%。其中在2022年支持發(fā)表SCI論文464篇（包括Nature系列、Science系列、PRL、JACS、Cell等頂級期刊論文38篇），為前沿領(lǐng)域的科技創(chuàng)新提供數(shù)據(jù)與計算平臺，有效支撐了用戶取得顯著項目成果。

科技創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，深刻應(yīng)用和影響著人類的工作、生產(chǎn)、生活各個方面，從而提升生命健康水平，推動經(jīng)濟繁榮、造福人類。最為具有較強知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力的教育與科研基地，中國科大致力推動中國科技文化的發(fā)展，通過對于新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用，為了給每一位師生提供優(yōu)質(zhì)的計算和數(shù)據(jù)資源，為加速前沿科技研究打下堅實的基礎(chǔ)，幫助全人類更好認識自然、理解自然、改造自然，推動人類社會和文明不斷向前邁進。