以往人们谈到每秒万亿次的高性能计算，一般会想到那些应用于军事、卫星这些高端领域的大型机或者巨型机，然而随着科学技术的飞速发展，许多科研领域，如石油勘探、气象预报、生物制药、生命科学应用等对于高性能计算需求量也在不断增加，不过由于大型机昂贵的价格、以及升级与系统扩展的不便利性，这些对大规模并行计算有强大需求的科学研究领域最终采用开放式架构的高性能计算集群提供了大展身手的天地。  

　　高性能计算集群的应用发展到今天，其计算能力已经达到万亿次的水平，一方面这有赖于开放式架构计算机单点计算能力的增强，另一方面则因为高带宽、低延迟网络交换设备的发展，使得采用集群技术搭建高性能科学计算平台成为可能。前不久，由浪潮公司设计实施的中石化石油勘探研究院(以下简称研究院)“三维地震迭前深度偏移处理”及“三维成像处理”的硬件系统调试成功，这一系统全面展现了采用开放式架构的高性能计算集群的优势所在，也为包括石油勘探研究在内的许多科研领域提供了一个成熟的样板。  

　　钻不起的“干洞” 养不起的大型机  

　　石油开采业务中，钻井的费用非常高昂，打一个油井要花费上亿元，因此如果打出干洞的话，对于石油公司来说是极大的损失。现在普遍的做法是采用复杂的地震成像方法，在钻井之前创建隐藏油层和天然气储备层的详细三维地图，从而提高钻探成功率、降低勘探风险，目前国际公认的先进技术是实现准确构造成像的三维迭前偏移技术，这一技术已在石油勘探开发领域得到了广泛的应用。  

　　三维迭前偏移技术涉及到的数据量与计算规模都很大，所以需要提供的计算集群系统具有强大的并行计算处理能力与数据存储能力，计算规模至少为100平方公里24次覆盖、240万道的三维地震数据三维迭前深度偏移，I/O总量至少要达到2.5T，而这一规模的运算处理时间应在10小时以内。  

　　以前中石化石油勘探研究院一直采用国外购买的某品牌的大型机来完成这些研究，但随着业务增长，计算需求量越来越高，大型机在升级与系统扩展方面的不便利性，以及其带来的昂贵的升级和服务费用，使他们放弃了继续采用大型机的想法，最终将目标锁定在采用开放式架构且技术比较成熟的Linux高性能计算集群系统，研究院从国外引入两套软件系统，一套是西方地球物理服务公司的OMEGA系统，用于地震资料的三维地震迭前深度偏移处理；一套是美国海顿公司的ADS View，主要用于深度偏移系统的人工地震资料处理以及三维地震资料的可视化处理，希望其强大的处理能力能加速科学研究的步伐和科研成果转化的进程。  

    今天“高可用” 明天“可扩展”  

　　根据石油勘探与开发应用自身的特点，研究院对系统在并行计算处理能力、集群管理能力等五个方面提出了很高的要求，具体包括：强大的并行计算处理能力；采用图形画界面、易于使用而且便于管理的集群管理能力；开放的基础架构与应用平台；严格的质量保证和良好的服务能力、服务体系，对于系统的故障检测与排除能做到快速响应、及时处理；整个系统便于维护、管理，可以实现新技术、新产品在系统中的平滑应用与过渡，便于整个系统的升级。  

　　概括来说，一方面要体现高可用性，既要在应用中达到每秒万亿次的并行计算能力，又要易于使用和便于管理；另一方面要体现可扩展性，首先要采用开放的基础架构和应用平台，以利于未来的升级换代，其次要求系统便于维护与管理，便于整个系统的升级。  

　　高速互联并行化处理 功能模块开放式思想  

　　研究院所用的高性能计算集群系统，采用了浪潮天梭TS10000高性能集群服务器产品，TS10000采用先进的高速互联技术，开放式的功能模块化系统设计。浪潮天梭TS10000的核心构架中包括了高速计算模块，高速交换模块、存储模块和管理模块四大模块(见图)，其中的几大核心模块的关键特征如下：  

　　一、 计算模块  

　　在本应用中，由于浪潮天梭TS10000的模块化设计，使其浮点计算理论峰值可达1200GFlops(每秒浮点运算次数)，实际浮点运算也可达600GFlops，并行度可达70%～80%，能适应大规模的并行计算需求。  

　　二、 高速交换模块  

　　高速交换模块使得节点间互连带宽达到1Gbit/s，大大提升了集群的计算并行度和实际计算峰值，适合集群内计算节点的扩展，所有端口均支持百兆/千兆速率自动适应、全双工/半双工模式自动协商以及MDI/MDIX自适应等，方便管理与使用。  

　　三、 管理模块  

　　管理模块负责硬件资源与系统资源的监控以及整个系统内软硬件的监控、报警与管理等工作。管理模块支持超线程技术，具有强大的事务处理能力，集群管理软件提供了图形化的用户管理界面、高性能通信库以及集成的软件工具，可实现集群安装、集群监控、集群配置、作业调度及构建并行运算环境等功能。  

    弹性部署显威力 易于管理易扩展  

　　应用于研究院的浪潮天梭TS10000设计使用能力是1200Gflops，但该系统所奉行的“弹性部署”设计思想，却可以使其未来不仅限于万亿次的计算能力，并且全面展现出其在可管理性和可扩展性方面的独特优势，具体体现如下：  

　　一、 开放通用计算平台  

　　浪潮天梭TS10000产品的软件和硬件以及基础架构都力求规范、标准、开放、通用，以方便用户使用和在其平台上开发自己的应用，因此该平台可最大限度的提高应用的效率和移植性，适合于多种应用的弹性部署。  

　　二、 高速互连技术领先  

　　计算节点间的高速互联网络采用千兆以太网作为高速互连，使节点间互连带宽达到1Gbit/s，大大提升机群的并行度和实际计算峰值，将用户投资的每一颗CPU的处理能力提高到最大极限。同时，该系统还兼容其他的互联设备，给用户多重的选择空间。  

　　三、 结点选择丰富灵活  

　　浪潮天梭TS10000产品节点可选多种配置，配合千兆以太网的强大带宽以及较低的延迟，使整个机群的峰值计算能力以及实际预算能力这两项指标都能跻身同类产品的前列，而且在并行度上接近或赶上大型机的水平，同时价格更加低廉。  

　　四、 易于部署易于管理  

　　浪潮天梭TS10000产品采用专业的集群管理软件，实现了集群部署的自动化，快速化，采用图形用户界面的集群管理软件，更方便实现人机互动，使得整个集群系统更易于管理员管理，形成了一套单一映像的集群软件架构。  

　　截至目前，浪潮天梭TS10000系统运行稳定、可靠，集群并行计算性能表现良好，应用软件运行稳定，得到了中石化的肯定和赞扬，标志着我国万亿次计算服务器集群成功进入了石油勘探开发研究领域。