测试报告-HPC高性能计算测试方案（CX-N系列云交换机）
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一位来自金融行业的客户，他们希望可以实时地模拟和响应风险，以实现企业金融风险管理能力的提升。事实上，不管是金融行业还是其他行业，要想加快步伐满足快速数字化世界中的客户需求，就必须能够比标准计算机更快地处理大量数据。高性能计算（HPC)解决方案，正在受到企业们的青睐。
HPC通用架构主要由计算、存储、网络组成，而HPC之所以能够提高计算速度，更多是采用了“并行技术”，使用多个计算机协同工作，采用十台、百台，甚至成千上万台计算机“并行工作”。各个计算机之间需要互相通信，并对任务进行协同处理，这就需要建立一套对时延、带宽等有着严格要求的高速网络。
高带宽、低时延和低资源使用率的RDMA模式（主要体系架构：InfiniBand协议和以太网协议），往往是HPC网络的最佳选择。而星融元CX-N 超低时延交换机（简称CX-N)采用了标准以太网协议和开放软硬件技术，支持无损以太网技术和网络无损防拥塞技术，充分满足用户HPC应用下对网络带宽、时延等的高要求。为验证这一事实，我们选用Mellanox的InfiniBand交换机，与其进行了相同HPC应用下的运行速度的对比测试。
我们在CX-N和Mellanox的MSB7800交换机（简称IB交换机）分别搭建的网络上，进行了E2E转发测试、MPI基准测试和HPC应用测试。结果证明：CX-N 的时延和对方达到了同一个量级，运行速率较对方仅低3%左右，产品性能与对方交换机不相上下，能够满足绝大多数的HPC应用场景。而有必要补充一点的是，星融元更加注重产品成本的把控，星融元HPC解决方案在性价比方面有显著的优势。
HPC场景测试方案全过程：
1、目标与物理网络拓扑
- E2E转发测试
测试两款交换机在相同拓扑下E2E（End to End）的转发时延和带宽，本次方案测试点采用Mellanox IB发包工具进行发包，测试过程遍历2~8388608字节。 - MPI基准测试
MPI基准测试常用于评估高性能计算性能。本次方案测试点采用OSU Micro-Benchmarks来评估CX-N和IB两款交换机的性能。 - HPC应用测试
本次测试方案在每个HPC应用中运行相同任务，并比较CX-N和IB两款交换机的运行速度（时间更短）。
1.1 IB交换机物理拓扑
如上解决方案的IB交换机物理拓扑，如图1所示：
图1：IB交换机物理网络拓扑
1.2 CX-N物理拓扑
如上解决方案的CX-N物理拓扑，如图2所示：
图2：CX-N物理网络拓扑
1.3 管理网口IP规划
部署过程中所涉及到的设备、接口及管理网口的IP地址如下表1所示：
表1：设备管理口列表
2、 硬件和软件环境
部署环境中涉及到的硬件和软件如表2和表3所示：
表2：硬件环境
表3：软件环境
3、测试环境部署
在两台Server服务器上，安装部署HPC三种测试场景所需的基础环境。
补充说明：以”[root@server ~]#”为开头的命令表示两台服务器都要执行。
3.1 E2E转发测试环境部署
在两台Server服务器上安装Mellanox网卡的MLNX_OFED驱动程序，网卡驱动安装完成之后检查网卡及驱动状态，确保网卡可以正常使用。
- 网卡MLNX_OFED驱动程序安装：
- 检查网卡及网卡驱动状态：
3.2 MPI基准测试环境部署
在两台Server服务器上安装HPC高性能集群基础环境，安装OSU MPI Benchmarks MPI通信效率测评工具，测试方式分为点对点通信和组网通信两种方式，通过执行各种不同模式的MPI，来测试带宽和时延。
- HPC集群高性能基础环境：
- OSU MPI Benchamarks工具安装
3.3 HPC应用测试环境部署
在两台Server服务器上安装HPC测试应用。本次方案部署WRF开源气象模拟软件和LAMMPS原子分子并行模拟器来进行数据测试。
WRF安装部署：
WRF全称Weather Research and Forecasting Model, 是一个天气研究与预报模型的软件。
- 修改Docker网络配置
本方案两台Server服务器WRF部署采用Docker容器部署，需要修改Docker配置文件，将虚拟网桥绑定到Mellanox网卡上，通过直接路由方式实现跨主机Docker容器通信。
- WRF应用部署
- LAMMPS安装部署：LAMMPS即Large-scale Atomic/Molecular MassivelyParallel Simulator，大规模原子分子并行模拟器，主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作。
- 安装GCC-7.3
- 安装OpenMPI
- 安装FFTW
- 安装LAMMPS
随着云计算技术的成熟，HPC正在从应用于大规模科学计算场景，转变为适用各种科学和商业计算场景。《星融元HPC解决方案》将重磅发布，敬请期待！
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