高性能计算存储的3种常见方法

    应用背景

    性能计算（High Performance Computing）用于对信息处理能力存在高要求的科学研究以及工程计算领域。得益于计算机技术和网络技术的迅猛发展，高性能计算已经大量应用于石油勘探、气象预报、生物学研究、航天国防、工业设计、军事模拟等传统大规模密集型计算领域，而且在金融证券、政府信息化、电信行业、教育、网络游戏等新兴领域也有了广泛的应用。

    高性能计算大多采用大规模的并行运算，高性能计算机的架构也主要以集群为主，整个高性能计算系统在硬件基础架构上包含计算资源、网络资源和存储资源三大部分。在目前主流的采用Linux并行集群架构的高性能计算系统中，计算资源分为计算节点和I/O节点，计算节点负责运行计算任务，I/O节点则负责数据的存储并响应计算节点的读写请求，不同计算资源节点之间通过高速网络进行通信和信息交换.

    随着CPU主频和内存容量不断提高，PCI-E高速总线技术、多核处理器技术、刀片服务器技术的发展，Linux操作系统的开放和标准化，并行集群技术的成熟，计算机的处理能力高速增长；同时，基于IP的千兆、万兆以太网互联技术，使得计算资源节点之间的连接突破了地域和数量的限制，高性能计算的系统规模不断扩大、运算能力不断提升。但是，支撑高性能计算的存储系统长期处于封闭的专网环境中，不易扩展，在带宽和性能上发展滞后（现有的存储系统的单接口带宽不超过4Gb），使整个高性能计算系统的瓶颈逐渐集中到了后端.

    在高性能计算系统中，计算节点往往高达64个、128个甚至更多，通过计算节点的扩展、硬件升级使得计算节点集群系统的处理能力能够进一步增强，运算时间进一步缩短，但是连接存储设备的I/O节点个数通常有限，通过将存储设备的I/O能力提高到万兆（10Gb）以上的更高速度，能够显著提高I/O节点与存储设备之间的数据交换能力，从而提高整个高性能计算系统的计算效率。

    H3C高性能计算万兆存储解决方案

    H3C基于端到端万兆体系架构的IP存储产品IX3620应用于高性能计算，实现了存储设备性能及存储通道带宽飞跃。通过采用万兆技术，后端存储每个端口的I/O能力是传统存储系统的2.5～5倍.

    对于通过I/O节点汇聚的高性能计算应用， I/O节点通过配置万兆TOE卡，以高于传统存储系统的2.5～5倍的带宽接入后端存储网络。从I/O节点到万兆IP交换机，再到IX3620存储系统，采用全万兆的高速并发存储通道，彻底解决高性能计算中的数据访问瓶颈。IX3620具备4个万兆端口，通过链路聚合接入冗余万兆IP交换机，还能够实现数据访问链路的故障切换，进一步提高系统可靠性.

    IX3620采用高可靠性的双控制器设计，不仅提供4个万兆的前端接口，内部的体系架构设计也实现了无阻塞的万兆数据高速存取能力。

    IX3620的存储控制器融入了多核处理器、PCI-E总线、FBD内存、写缓存镜像等多项业界领先的数据处理技术，能够满足高性能计算中的高速I/O访问请求。IX3620的后端磁盘通道采用高速SAS交换技术，每条SAS链路提供12Gb/s的带宽，控制器与后端磁盘之间数据交换带宽高达72Gb/s，保证了前端万兆接口到后端磁盘通道之间的全万兆连接带宽。

    基于先进的10G+体系架构，使得IX3620在高性能计算中，能够实现高带宽访问、快速数据传输和低时延I/O处理。

    由于万兆IP存储具备的高接入带宽、接口的标准化和IP网络的强大组网扩展能力，在上述常见的高性能计算方案基础上，存储设备可以不通过I/O节点，直接与所有的计算节点互联实现数据交换。

     在该方案中，所有计算节点接入IP SAN网络并共享数据。I/O节点设置为MDC（MetaData Controller），实现与计算节点之间的元数据信息传输和交换，控制计算节点对存储设备的同时访问。计算节点实际的数据读写路径则通过IP SAN网络直接到达IX3620。

    所有的计算节点可通过配置普通千兆以太网卡接入万兆IP交换机，而万兆交换机与IX3620的连接仍然采用万兆链路，实现计算数据千兆接入汇聚、万兆存储。该方案有如下优点：

    1.有效的避免了I/O节点的处理瓶颈，同时能够充分发挥每个环节的数据处理性能。

    2.该组网采用IP SAN方式构建后端存储系统时，每台计算节点上只要安装普通以太网卡即可，不需要使用FC SAN存储网络构建时必配的昂贵的FC HBA卡，大幅度降低系统建设成本，计算节点越多，成本优势越明显。

    H3C 高性能计算万兆存储解决方案优势

    H3C端到端全万兆架构的IP存储产品，基于先进的体系架构，保证高性能计算中对存储系统可靠性、读写性能、吞吐量和响应时间的苛刻要求。

    H3C万兆存储产品既支持与I/O节点连接，实现万兆数据通路，也支持与多台计算节点之间实现千兆接入、万兆汇聚的分层存储网络架构，配置灵活性高。

    采用IP技术构建专用存储网络，总体拥有成本低，扩展性好。