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隨著物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、人工智能(AI) 、機器學習（ML）和 3-D 成像等技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)的速度、種類和數(shù)量呈爆炸式增長，企業(yè)需要處理的數(shù)據(jù)規(guī)模和數(shù)量呈指數(shù)級增長。

對許多行業(yè)來說，如體育直播賽事、新產(chǎn)品測試或股票趨勢分析等，對實時處理數(shù)據(jù)的能力要求非常高。為了在競爭中領先一步，企業(yè)需要閃電般快速和高度可靠的IT基礎架構來處理、存儲和分析大量數(shù)據(jù)。這種工具就是高性能計算！

一、

HPC（高性能計算）概述

1.什么是HPC（高性能計算）？

高性能計算 (High Perf ormance Computing，又叫HPC、超級計算)是指比傳統(tǒng)計算機和服務器提供更高馬力聚合計算能力的計算方法。與超級計算機或硬件加速機器不同，高性能計算特別強調使用分布式資源來組合存儲、應用程序、計算能力和網(wǎng)絡資源，以完成其他方式無法完成的任務。高性能計算需要處理的TB、PB、甚至ZB級別的數(shù)據(jù)，并且需要接近實時地處理，比如在幾分鐘或者幾小時內(nèi)得到結果，而不是幾天或幾個星期。

2.HPC為什么重要？

HPC之所以重要，是因為它能幫助我們更快地完成大型模擬和大型工作負載。

HPC比普通PC更快更強更省力，它每秒可以執(zhí)行千萬億次計算，配備3 GHz處理器的筆記本電腦或臺式機每秒可以執(zhí)行大約 30 億次計算。

HPC 通過集群/并行計算、最新的 CPU 和GPU、低延遲網(wǎng)絡和塊存儲設備去實現(xiàn)高速處理。

HPC系統(tǒng)更具可擴展性。用戶可以在需要時進行縱向擴展（升級 CPU、GPU、內(nèi)存或其他資源）和橫向擴展（將更多節(jié)點添加到集群中）。從云服務提供商 (CSP) 租用 HPC 資源可以進一步提高可擴展性并降低成本。

三種HPC解決方案：

本地HPC：本地的HPC就是傳統(tǒng)的HPC數(shù)據(jù)中心，需要有高性能服務器和存儲，用戶自己去搭建這個HPC集群。

HPC云：云上的高性能計算提供HPC即服務，用戶使用公有云去完成計算工作。

混合HPC：一個應用運行在私有云（private cloud）或數(shù)據(jù)中心（data center）中，當計算能力的需求達到頂峰時則動態(tài)地向公有云服務器請求一定量的計算(或存儲)能力。當本地的工作負載積壓時會立即啟動云資源，把工作負載遷移到公有云上去計算，支持的云比如說谷歌云、微軟云、Oracle云等。

3.HPC工作原理

HPC中處理信息的兩種主要方法是：

串行處理由中央處理單元 (CPU) 完成。每個 CPU 內(nèi)核通常一次只處理一個任務。CPU 對于運行操作系統(tǒng)和基本應用程序（例如，文字處理、辦公效率）等功能至關重要。

可以使用多個 CPU 或圖形處理單元 (GPU) 執(zhí)行并行處理。GPU 最初是為專用圖形開發(fā)的，可以同時跨數(shù)據(jù)矩陣（例如屏幕像素）執(zhí)行多個算術運算。同時處理大量數(shù)據(jù)平面的能力使 GPU 非常適合機器學習 (ML) 應用程序任務中的并行處理，例如識別視頻中的對象。

二、

HPC應用場景

HPC出現(xiàn)在 1960 年代，用于支持政府和學術研究。HPC 在 1970 年代開始進入主要行業(yè)，以加速復雜產(chǎn)品的開發(fā)，例如汽車、航空航天、石油和天然氣、金融服務和制藥行業(yè)。在現(xiàn)在，各行各業(yè)都能用到，比如生命科學、天體物理學、基因組學、生物信息學、分子動力學、天氣和氣候預測。具體應用如圖所示：

三、

虹科高性能計算解決方案

1.Kubernetes上的高性能計算

Kubernetes作為目前容器管理框架的事實標準，在當下的應用十分火熱。隨著微服務和容器在企業(yè)中越來越流行，它們也在進軍機器學習和其他類似的HPC工作。這一趨勢模糊了傳統(tǒng)HPC和容器技術之間的界限，引發(fā)了對利用 Kubernetes進行HPC的可能性的探索。

使用容器和 Kubernetes 來管理和運行 HPC 應用程序有很多好處：

容器化是一種強大的工具，可以打包復雜的依賴關系并提高可重復性。

隨著企業(yè)將 Kubernetes 作為應用程序現(xiàn)代化的安全和多云平臺，在共享環(huán)境中托管 HPC 和企業(yè)容器工作負載將簡化運營并降低成本。

Kubernetes 本質上提供了一個包含 CPU、內(nèi)存和加速器的共享資源池，就像工作負載管理器一樣。

更多深入閱讀可以參考《kubernetes上的HPC》白皮書。

2.HK-Nimbix HPC平臺

（1）什么是JARVICE XE

JARVICE XE 是世界上第一個容器原生混合/多云 HPC 平臺，可在任何與 Kubernetes 兼容的基礎設施上實現(xiàn)全球范圍的橫向擴展和加速 HPC 和 AI 工作流（SaaS 和 PaaS）。

JARVICE提供加速的應用程序和工作流，這些應用程序和工作流可以利用任何基礎設施，無論是裸機還是虛擬化，包括專用Kubernetes基礎設施上的InfiniBand、GPU和FPGA

JARVICE 使客戶能夠輕松地從本地解決方案突發(fā)到來自 Google、AWS 和 Azure 等的公有云系統(tǒng)，或者將內(nèi)部系統(tǒng)作為私有云進行管理。

（2）使用JARVICE XE在 Kubernetes上運行HPC

JARVICE XE通過兩個主要改進彌補了在 Kubernetes上運行HPC代碼的差距：

兩級HPC調度器

調度器提供2個級別，一個將傳統(tǒng)的HPC作業(yè)請求轉換為一組Kubernetes Pod，一個將Pod綁定到節(jié)點的組調度器，如果請求的規(guī)模不可用，則將整個作業(yè)排隊。而且組調度器提供一些重要功能去幫助pod調度

JARVICE XE使用來自 HyperHub目錄中應用程序的元數(shù)據(jù)為最終用戶定義工作流，而不是要求用戶編寫PBS 或Slurm腳本來啟動工作。

HPC運行時環(huán)境

它在作業(yè)啟動時動態(tài)創(chuàng)建，可以根據(jù)來自調度程序的工作流請求的參數(shù)配置批處理運行或交互界面，可以確保工作流的有限完成，無論求解器成功還是失敗，也可以讓傳統(tǒng)的HPC代碼可以不加修改地在JARVICE上運行，如有需要，JARVICE XE還直接支持NFS和CephFS共享文件系統(tǒng)，運行時環(huán)境可以通過將主機級別的掛入點定義為機器定義的一部分來附加 Kubernetes原生不支持的存儲接口，并行存儲系統(tǒng)，例如 WekaIO2。

（3）HyperHub應用市場

Hyperhub是一個精選的點擊式目錄，提供HPC優(yōu)化的仿真模擬、Al/ML/DL軟件，比如ansys、COMSOL、西門子、Matlab、TensorFlow等等，它具有有數(shù)百個加速的高性能工作流，內(nèi)置支持高性能集群的自動縮放應用程序,將HPC和超級計算應用程序作為點選式的工作流程,并且會自動更新這些軟件到任何JARVICE XE部署中。

HYPERHUB與JARVICE XE相結合為nimbix cloud提供支持，使用戶能夠在任何基礎設施上以幾乎無限的超級計算能力訪問整個應用程序目錄，除了已有的軟件，hyperhub中沒有的軟件支持用戶自定義安裝，使用Jarvice的PushToCompute Tool 可以輕松設置應用程序。JARVICE提供了一個端到端的持續(xù)集成/持續(xù)部署（CI/CD）管道，用于編譯、部署、測試和維護容器化云計算應用程序。這都是該平臺的PushToCompute功能的一部分。