联想深腾1800机群助力西北大学物理研究

项目背景

    西北大学物理学系创建于1937年，时值抗日战争，由内迁的国立北平大学、国立北平师范大学和北洋工学院三校的物理学科合并构成，著名物理学家张贻惠教授为首任系主任。张贻惠、岳劼恒、吴锐、龙际云、张佩瑚等一大批知名学者执教于此。

    物理学科下设物理学系、现代物理研究所和光子学与光子技术研究所三个机构，包含基础物理实验教学中心、光信息与光电子实验室等各类实验室共计24个。其中，西北大学光子学与光子技术研究所（暨陕西省光电子技术省级重点实验室）是1995年经省教委、省科委、省计委批准而成立的陕西省唯一的光电子领域省级重点开放实验室，由侯洵院士担任实验室主任。随着学校“211”工程建设和省级重点实验室建设的投入，目前物理系实验室拥有各种贵重设备、精密检测仪器数十套，建成了具有国际一流水平的“半导体激光泵浦的钛宝石飞秒激光系统”及测试设备；具有先进的“生物光子弱光探测系统”及附属设备；具有最新的“比率荧光光谱探测系统”；具有用于光信息领域的“调谐激光器系统”，以及“光学参量振荡器”、“准分子激光器”和“显微激光拉曼光谱仪”等。鉴于光电子技术是一门应用广泛、涉及多种交叉学科和技术的领域，院系决定紧跟国际高新技术的发展趋势，采用高性能计算的方式辅助进行科学计算的研究工作。为推动我国光子学和光子技术研究的发展作出贡献。

应用需求分析

    科学计算现在已经成为与传统理论和实验方法并驾齐驱的“第三科学方法”，它将超级计算机与先进的计算方法用于传统学的突破性研究。

    可以认为计算化学是在理论化学方法和实验数据的基础上分析分子本身或分子间相互作用、预测分子的物性或生物活性的计算机化的技术。计算化学的基本问题就是利用计算机模拟分子的化学结构和性质，即分子模拟(Molecular Modeling)。分子模拟的结果有助于理解和解释实验现象，并可提供通过实验无法获得的信息。

    计算分子体系的能量和分子体系中原子及分子的空间排布与体系能量的关系是分子模拟中的基本问题。计算能量主要有三种计算方法，即经验方法(分子力学或称力场方法)、半经验方法、从头算法(量子力学)。

    西北大学物理系研究使用的分子动力学计算软件，主要有VASP(使用赝势和平面波基组，进行从头量子力学分子动力学计算的软件包)、ADF(Amsterdam Density Functional专门作密度泛函计算的软件)、MOLPRO（国际上广泛使用的专业级电子结构量化计算软件）。在采购联想深腾1800机群服务器之前，客户主要科学计算平台，为多台PC服务器工作站和普通PC机；由于计算能力有限，已经不能满足科研工作对计算能力的需要。
联想为西北大学物理系量身设计了完整的系统解决方案，凭借联想深腾1800高性能机群优异的性能价格比，最终赢得了客户的信赖和支持。

方案设计

    根据西北大学物理系的需求情况，联想提出了包括硬件、软件和技术服务在内的整体系统解决方案。

    “西北大学物理系深腾1800高性能服务器”是一个有机的、高性能、高可靠性的机群系统。计算节点采用万全R510 G6，每台配置2颗最新的Intel Xeon Woodcrest 5140(2.33GHz/4M L2) CPU，采用业界最先进的65纳米工艺科技制造，配合4M大容量二级缓存带来计算性能的飞速提升，相比同频率下单核提升80%；相比于90纳米的Paxiville第一代双核CPU，性能更高，功耗更低；R510 G6服务器可以支持Dempsey 、Woodcrest双核处理器，可以支持Clovertown四核处理器，支持用户对CPU的升级，以保护用户当前的投资。
系统软件主要包括：联想自主研发的机群系统软件，有联想机群管理系统LCMS、联想机群资源管理和作业调度系统LJRS等等；并行开发环境和编译器，有PVM、MPI、OpenMP等并行环境，GNU C++/Fortran编译器，用户可以申请非商业版Intel C++/Fortran编译器。

西北大学物理系深腾1800高性能服务器解决方案

方案特点：

    高性能：高性能的计算节点是提升机群计算能力的重要因素，联想万全R510 G6配置两颗Intel Xeon Woodcrest处理器，4MB二级缓存；最大支持24GB的Fully Buffer DIMM 533内存，容量更大，主频更高；联想万全R510 G6配置SAS硬盘，采用3Gpbs多通道,点对点传输技术，性能大大优于Ultra320的SCSI共享总线传输技术；

  高可靠性：管理节点，配置RAID1冗余磁盘镜像，保证用户数据安全可靠；联想的机柜系统、机架式服务器节点，均经过散热优化设计，既能保证系统的稳定运行，又可有效节约系统耗电量；

  标准、开放的机群架构：本系统设计方案，遵循业界通用的并行计算机群设计标准，可以与其它任何厂商的标准部件互联互通；

  易管理：机群系统软件是机群服务器的关键部件，采用联想自主研发的机群管理系统LCMS，可以像管理一台服务器一样管理机群的资源；机群资源管理系统LJRS可以对计算结点动态划分逻辑池，结点池划分通过软件设置实现，方便管理使用机群的计算资源。

用户收益

    西北大学物理系将利用先进的联想深腾1800高性能机群服务器，进行多学科领域的专业计算研究工作，采用软件模拟试验将大大缩短用户进行试验研究的时间，极大提升客户的科研工作效率，进一步增强了西北大学物理系在物理学科研究上的综合科研实力。