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賽爾網絡攜手教育網服務國家超算事業
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   (來源 市場部)

   為服務國家超算事業、滿足巨大科研數據傳輸、共享的需求,更充分發揮教育網對教育科研的服務價值和支撐作用,同時探索IPv6特色服務,2017年,賽爾網絡有限公司依托清華大學的技術力量,以國家超級計算無錫中心及其重點用戶清華大學相關科研團隊之間的數據傳輸為試點,研究建立了"高速數據傳輸網絡服務"。經過一年多的運行,"高速數據傳輸網絡服務"線上數據交換已趨于常態化,目前已開始為其他超算中心和科研團隊提供服務,開啟了賽爾網絡攜手教育網服務國家超算事業的序幕。

   高性能計算(Highperformancecomputing,縮寫HPC)已廣泛應用于核試驗模擬、石油勘探、氣象預報、農業育種、醫療服務、新藥研制、動漫渲染、材料設計、金融計算等眾多領域,是當代科技競爭的戰略制高點,是支撐科學研究與科技創新的強大工具與重要手段。當前,我國高性能計算平臺的建設快速發展,不僅有六大國家級超算中心,還有不少高校自建的高性能計算中心,以及基于云計算構建的HPC服務等等,一方面滿足了我國高校學科建設和人才培養的需求,另一方面為高校各類科研活動提供了重要支撐,滿足了高??蒲型哦佑敫咝閱薌撲閆教浯嬖詿罅渴荽湫棖?。同時,超算中心也是學術科研數據存儲的重要平臺,快速的網絡共享和發布能力使科研數據可以為更大范圍的學術科研分析使用,進而顯著提升科研數據的科學價值。

   試點項目需求

   2017年建成的無錫中心是我國六大國家超算中心之一,擁有世界上首臺峰值運行速度超過十億次浮點計算能力的超級計算機——"神威?太湖之光",引進并部署了各類通用商業計算軟件,提供計算和存儲解決方案,計算、存儲和軟件資源,以及大規模并行應用軟件的開發和技術支持等全方位服務。并且,已為清華大學為代表的幾十所大學及以紫金山天文臺為代表的多家科研單位提供了計算服務,涉及計算機、化學、生物、海洋環境、醫藥、材料、能源等學科。

   無錫中心早于2017年5月就已通過100G信道與CERNET和CERNET2聯網,清華科研團體也通過校園網(IPv4/IPv6雙棧)接到CERNET/CERNET2上。分析"神威?太湖之光"與清華科研團隊進行通信和數據傳輸的具體場景,其需求主要體現在以下方面:

   一、科研團體與超級計算機的傳輸數據巨大,需要1Gbps以上的網絡傳輸速率,包含下行數據(從超級計算機到科研團體),也包含上行數據(從科研團體到超級計算機)。與校園網通常的應用場景不同,這些數據傳輸要求單個的TCP流支持高性能。

   二、校園網的IPv4連接通常是多出口的,如果不進行雙向的調優,科研團體與"神威?太湖之光"的路由可能會通過公網進行,引入互聯互通的瓶頸。值得指出的是,多出口可能帶來非對稱路由,因此必須進行雙向路由調優。

   三、校園網出口的防火墻系統會引入性能瓶頸。

   四、校園網的計費政策引入管理的復雜度。超級計算流量需求很大,雖然科研團體和超級計算機的通信是特定地址之間的通信,但校園網的計費系統尚無法進行細粒度的區分,如完全放開,則可能會影響校園網的整體計費政策的實施。

   五、科研團體與超級計算的通信是內部的,有一定的安全性要求,可以理解為是虛擬專用網(VPN)。

   六、科研團體與超級計算的通信需要支持雙向發起的通信,因此不能通過NAT,在通常情況下,需要使用稀缺的公網IPv4地址資源。

   七、校園網的安全管理政策需要對每一個計算機記錄統計日志。

   八、科研團體與超級計算機之間通信和傳輸數據的應用程序通常是基于IPv4的,直接使用 IPv6可能需要進行重新編程。

   項目實施方案

   針對以上需求,清華大學李星教授帶領研究團隊提出了基于CERNET2 IPv6網絡,引入IVI翻譯技術,實現無錫中心與清華科研團隊之間高速數據傳輸網絡的實施方案,如圖1所示。

圖1:拓撲圖

   國家超級計算無錫中心與教育網CERNET2以100Gbps的速率通過IPv6聯網,并配置了IVI翻譯器。清華大學科研團體用戶使用IVI技術,通過清華大學校園網接到CERNET2IPv6主干網,與無錫中心"神威?太湖之光"進行通信和數據傳輸,其北京到無錫單流的TCP速率可以達到8Gbps以上,如圖2所示。

圖2:TCP single flow

   該方案搭建完成后已正常運行數月時間,線上數據交換已趨于常態化,達到了預期的設計目標,并已具備向其他超算中心和科研團隊推廣服務的條件。

   積極服務超算事業是賽爾網絡攜手教育網服務教育科研工作的一項重要舉措,繼無錫中心后,2017年11月,教育網與青島海洋科學與技術國家實驗室簽署《超算互聯網戰略合作協議》,為智能超算與大數據實驗室提供100G專網,連接國家超算無錫中心、濟南中心、國家實驗室超算中心的三個超算科學裝置,組建一套超算大科學裝置群,構成交互性強、覆蓋面廣、反饋迅速、資訊豐富的超算互聯網體系,保障實驗室海洋研究大數據的交互與分析處理。另外,近期教育網正在與無錫中心和內蒙古大學對接,使呼市科研團隊可通過IPv6網絡訪問無錫超算。

   未來,賽爾網絡將配合教育網將加快推動國家超算中心的全面接入,利用先進的通信和網絡技術手段為六大國家超算中心之間的業務協作,以及超算中心與科研團隊的數據交換和共享,提供高速專用通信網絡,打造超算互聯網基礎平臺。同時,保障中國超算互聯網體系與國際超算中心的高速大數據交互,促進教育領域的學術科研創新,助力智能超算與科研的健康、可持續發展。


 
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