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韩国气象局使用PBS Professional 和AcuSolve实施节能创新

作者:Simwe    来源:    发布时间:2015-11-19    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

项目介绍

韩国气象局(KMA)隶属于韩国环境部,致力于保障居民的生活和财产免遭 自然灾害的威胁,并支持经济活动的进行,进而提高全体居民的生活水平。KMA 观测和分析上至大气层,下至海洋和陆地等一切天气现象,同时针对这些现象 发出天气预报和预警,并提供气候统计数据和工业气象数据。KMA 会与国内外 组织交换气象数据和信息,举办研讨会和技术研发活动,促进国际交流和协作。 KMA 有 1313 位公务员,在韩国各地总共有 97 个气象站,其中包括 11 个雷达、5 个高空观测站和 477 个自动气象台。

韩国气象局(KMA)与 Altair 携手为运行 PBS Professional 负载管理器的 Cray XC40 系统执行空调系统的工作过程仿真。根据 Altair AcuSolve CFD 求 解器得到的研究结果,KMA 预计每年可节省 2 亿韩元能源成本(能耗降低约3-6%)。

挑战

KMA 近期着手安装全新的超级计算机 4 号,即 Cray® XC40™系统,虽然 此系统的引入和运行预算与先前系统相差无几,但预计其计算速度将是之前系 统的 30 倍左右(根据实际性能预测),这一进步对 KMA 保持超级计算的领先 至关重要。

超级计算机 4 号内置超过一万个计算核心,每秒可执行数千万亿次计算, 而这需要消耗极大能量并会产生极大热量。为了保证平稳运行,保持国家气象 超级计算机中心 (NCMS) 在凉快且恒定的温度环境下是非常重要的,但部署 的全新超级计算机 4 号所需能耗相比于从前的计算系统大幅增加,这对 A/C 系 统运行造成了沉重负担。
解决方案

        为应对这一挑战,KMA 与 Cray 和 Altair 展开合作,对其国家气象超级计算机中心(NCMS)中预计的 A/C 系统工 作条件进行仿真,旨在确定为了应对大幅增加的能耗和冷却需求而应满足的必要条件。

        为完成这一富有挑战性的尖端仿真项目,KMA 选择了 Altair 作为合作伙伴,这是因为 KMA 非常信任 Altair 在计 算机辅助工程(CAE)和高性能计算(HPC)领域内成熟的专业技术。

        为确保实现最高性能和可靠性,KMA 选择了 Altair 的 PBS Professional 作为负载管理器。PBS Professional 被 广泛用于世界超级计算机 500 强的计算机系统中(其中包括 NASA);它已经在 KMA 的超级计算机 4 号(内含核心
140,000)以及超级计算机 3 号(内含核心 90,000)上成功运行。

        KMA 和 Altair Korea 采用了 Altair 的 AcuSolve 对 A/C 系统进行分析。AcuSolve 是一款计算流体动力学(CFD)
求解器,其可靠性和可扩展性远超其它 CFD 产品,能够在更短时帧内得出更精确的计算结果。 仿真方案一开始是采用 AcuSolve 搭建 KMA 机房地面的双重结构模型,这一过程主要用于分析 KMA 机房内的气

        流状况和热点现象,以及运行恒温恒湿器所可能起到的作用(恒温恒湿器可降低室内温度)。 计算机中心通常所使用的传统仿真方案能力有限,只能按照计算机中心的占地面积和 A/C 系统的位置来计算大概的能源效率。而 KMA 与 Altair Korea 强强联手打造的全新仿真方案则独树一帜、大胆创新,能够根据特定案例情 况对 A/C 系统进行精确分析(例如,研究机房地面地砖的柔性 [开放式/封闭式] 或 A/C 系统组件的电源输入 [电源开/关] 情况等),从而找到最佳的节能位置。

        最初提出此仿真方案的 Ha-young Oh 表示:“超级计算系统的设计目的是对未来不确定的状况进行仿真和预测, 例如汽车或飞机空气动力学、石油钻井地质分析或天气预报等。此等应用的作用已得到广泛的证实。因此,我认为, 与普适性分析相比,如果能对具体机房情况进行更为复杂的分析,那么 KMA 就可以预测出运行超级计算机所需的最 小能耗,从而大幅度节省能源成本。”

        Altair Korea 的经理同时也是负责该项目的仿真技术主管,Kyung-hee Han 博士则表示:“流体分析是广泛用于 CAE 的先进技术之一,尤其在航空和汽车行业中更为常见。但这是历史上第一次有计算机中心采用如此先进的仿真 技术来分析其自身的运行状态,因此我对该项目非常感兴趣。KMA 提出的这种仿真方式极具创新意义,可以称得上 是大胆突破。”

        KMA 的超级计算中心在结构上可分为两部分,一部分是上层空间,其中安装了各类计算设备,另一部分是下层 空间,这部分空间用于形成主动的气流循环。KMA 计划为超级计算机 4 号铺设开放式柔性地砖,使上层和下层空间 之间形成流通率更高的气流循环。根据此规划,Altair Korea 执行了一个仿真项目,将得出的仿真结果与实际测量结 果进行比较,并最终决定在地面铺设开放式柔性地砖。

        “我们测量了机房室内的实际温度和湿度,并根据机房内的地砖铺设方式对 A/C 系统进行仿真,然后将实际结果 与仿真结果进行比较,”Ha-young Oh 解释道。“我们发现仿真结果非常准确。此外,我们还将有关 A/C 系统运行的某
些其他仿真任务委托给 Altair Korea 执行。我们的最终目的是达到更高的节能水平,最大限度减少政府预算,多亏了
AcuSolve 项目,我们现在更有信心能最终实现这些目标。”

        KMA 继续进行此项目的下个阶段:KMA 和 Altair Korea 设定出多个关闭不同恒温恒湿器时的情景,以期降低各 机房的能耗。

        在先前所得结果的基础上,KMA 和 Altair 分析了恒温恒湿器的摆放位置对冷却效果的可能影响,最后两支团队 最终筛选出一套对冷却效果影响较小的恒温恒湿器摆放方案。他们对恒温恒湿器的运行和关闭进行了仿真(与筛选位 置的过程相同)。最终,他们得出了各机房内应开启的恒温恒湿器最小数量,并且发现,在工作室内只运行最小数量


        恒温恒湿器的情况下,即便温度稍稍升高一些,A/C 系统仍能正常工作,不会对超级计算机的运行造成任何严重的不良影响。 此外,这两个团队还确定了在需要进一步降低多个计算系统空气温度时恒温恒湿器的最佳摆放位置。通过在超级计算机 3 号关闭时对更少数量恒温恒湿器进行仿真,结果发现室内温度仍可保持在正常范围内。因此,KMA 确定了 可对将来超级计算中心 A/C 系统的节能运行提供可靠参考的最佳部署设置。

结论

        Kyung-hee Han 博士表示:“KMA 对超级计算机节能运行方案的不断探索十分令人钦佩,最终也在我们共同的努 力下收获了成功。Altair 现已将其市场扩展至计算机中心的系统咨询领域,可帮助分析系统运行情况并找出可降低能 耗和成本的机会。”

        Cray APAC 售前团队主管 Hee-sik Kim 表示:“KMA 的第四代超级计算机 Cray XC40 系统配有 Cray® Sonexion
存储器,将它与Altair 的PBS Professional 负载管理器搭配使用后,能实现最高的节能水平。在KMA 采用Cray® XE6™ 作为其第三代超级计算机并获得巨大成功后,我们期待他们能更满意第四代超级计算机系统。Cray 和 Altair 是天气 和气候建模行业中超级计算领域的领航者,我们非常荣幸能与 KMA 共同参与这一富有开创性的 HPC 仿真项目。”

        KMA 超级计算机中心的副主任 Su-hong Lee 表示:“超级计算机 4 号在能源效率上相比于 3 号有显著提升,所 以我们预计在处理相同计算负载时,它的耗能量要比 3 号更少,节能率至少达到 3 号的 7 倍。此外,据 A/C 系统的 仿真结果来看,我们预计每年可节省能源成本约 1 至 2 亿韩元(约 185,000 美元),相当于将超级计算机运行电能消 耗降低约 3-6%。”

        “多亏了 Altair 在 PBS Pro 环境下通过 AcuSolve 进行复杂仿真所得到的结果,KMA 现在能以更具前瞻性和更有 效的方式来运行绿色 IT 中心。”

        根据此项目的最新要求目标,KMA 的超级计算机 4 号将在未来的 6 至 8 个月内进行全面部署。
 

 
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