[发明专利]一种超融合混合架构计算材料平台

说明书

一种超融合混合架构计算材料平台，包括基础设施模块，其配置成采用弹性基础设施架构实现云主机服务、云存储服务、高性能计算服务、以及研发环境支持服务；数据服务模块，其配置成以数据包为粒度对数据进行管理，通过构建标注系统、规范数据标注行为提高数据生产力，屏蔽各异构存储及文件系统，以屏蔽层为依托实现各种数据任务的操作以实现对数据的管理；平台服务模块，其配置成通过集成计算材料相关的多个HPC应用并结合数据仓库的访问以实现应用服务，通过HPC应用编排子系统和蒙特卡洛算法、以及通用算法库实现开发服务；应用软件模块，其配置成通过配属计算材料相关的软件以实现计算作业的编译以及运算；和用户接口模块。

技术领域

本申请涉及计算材料领域，尤其涉及一种超融合混合架构计算材料平台。

背景技术

化学工作者是最早使用并行计算工作的群体，利用量子力学的基本理论去求解各种方程早已成为他们工作的一部分，利用并行计算方法可以帮助他们从量子理论的观点上去解释和模拟化学现象和构成。随着高分子材料和纳米材料的不断发展，材料力学已经逐渐成为一种和化学物理共同交叉的学科，材料研究者利用量子力学理论和分子动力学理论去求解相应的材料问题，他们和化学工作者一样，是最早使用并行计算作为研究工具的人群之一。包括凝聚态物理、空间物理等理论都需要利用并行计算技术去实现计算模拟时间的缩短，利用并行计算技术，物理学家有了更充分的时间去模拟和验证自己的理论。

计算技术的发展带动了传统行业的变革，越来越多的用户需要通过大规模并行或分布式计算解决问题，未来并行计算和分布式计算可能就像我们的手机一样，成为很多用户工作中不可或缺的工具，而这个趋势到底有多快，在平台建设的时候很难估算。因此，平台建设的最后一个需求，就是弹性扩展和混合架构。通过私有云连接公有云，可大大增加平台的灵活扩展程度，为未来的快速发展做好准备。

在兼顾传统HPC客户应用的基础上，拓展HPC计算中心的服务内容，服务于计算材料学科以及人工智能交叉学科对规模化计算有需求的科研工作者。平台在不改变传统HPC用户的使用模式，尽可能增加用户的易用性和平台的可靠性，以高质量服务于HPC用户；其次，平台需要适应于新型HPC应用、计算材料软件应用以的快速发展，为科研工作者提供更易用的工具。

平台的组成部分为基础架构的管理、运行的任务、环境的依赖、数据管理、流程管理、计算材料软件辅助工具、智能化运维等方面。

传统的HPC平台设计中，基础架构设计主要分为：计算资源(以CPU资源为主)、存储资源(普通的共享文件系统、高性能并行文件系统)、网络资源(以太网、IB网)，计算材料软件服务的引入，使得基础架构需要考虑更多：在计算资源层面需要更多考虑CPU和GPU异构资源配置，既保证传统HPC的服务质量，又要适合计算材料这类以数据驱动的应用；在存储资源，需要考虑分布式文件系统，以及不同文件系统之间数据的互访；在网络层面，还需要考虑容器资源和物理资源之间的网络配置，以及在容器里特殊网络设备的驱动等等。

传统的HPC对环境的依赖相对简单，包括：操作系统、基础系统库环境、编译和运行的库环境等。应用软件通常采用共享安装的方式，计算几点透明可见，各计算节点环境完全一致，商业应用软件的版本不会频繁更新，自研的软件可以部署在共享环境中，也可以部署在用户私有环境中，可随时更改。在HPC领域，也有对灵活变更环境的需求，比如：HPC实验或者学习。计算材料软件对计算环境的依赖比较复杂。计算材料需要的环境通常会包含一套用于开发和运行应用的框架，这个框架对计算材料过程中用到的很多底层库函数进行了封装，为用户提供简易的接口，框架的类型、版本、依赖的系统环境变量和库的差异非常大。由于框架使用的多样性非常明显，用户在熟悉一个软件之后，经常不得不因为某个具体功能而转向另外一个软件。对这些传统的应用和先进的灵活的应用统一管理，给平台带来很大挑战。综上所述，传统的HPC平台并不适用于计算材料的运算。

发明内容

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种超融合混合架构计算材料平台，包括：