HPC集群机房建设与管理：HPC类型

有许多类型的HPC系统，其范围从标准计算机的大型集群，到高度专用的硬件。大多数基于集群的HPC系统使用高性能网络互连，比如那些来自InfiniBand或Myrinet的网络互连。基本的网络拓扑和组织可以使用一个简单的总线拓扑，在性能很高的环境中，网状网络系统在主机之间提供较短的潜伏期，所以可改善总体网络性能和传输速率。图1-1显示了标准总线拓扑中使用标准Ethernet的HPC解决方案或专门的网络连接解决方案的布局示例。

图1-2显示了一个网状HPC系统。在网状网络拓扑中，该结构支持通过缩短网络节点之间的物理和逻辑距离来加快跨主机的通信。

图1-1　HPC标准总线拓扑

图1-2　HPC网状网络拓扑(www.xing528.com)

尽管网络拓扑和硬件在HPC系统中很重要，但是使系统如此有效的核心功能是由操作系统和应用软件提供的。HPC系统使用的是专门的操作系统，这些操作系统被设计为看起来像是单个计算资源，从图1-1和图1-2中可以看到的，其中有一个控制节点，该节点形成了HPC系统和客户机之间的接口。该控制节点还管理着计算节点的工作分配。

对于典型HPC环境中的任务执行，有两个模型：单指令/多数据（SIMD）和多指令/多数据（MIMD）。SIMD在跨多个处理器的同时执行相同的计算指令和操作，但对于不同数据范围，它允许系统同时使用许多变量计算相同的表达式。MIMD允许HPC系统在同一时间使用不同的变量执行不同的计算，使整个系统看起来并不只是一个没有任何特点的计算资源（尽管它功能强大），可以同时执行许多计算。不管是使用SIMD还是MIMD，典型HPC的基本原理仍然是相同的：整个HPC单元的操作和行为像是单个计算资源，它将实际请求的加载展开到各个节点。HPC解决方案也是专用的单元，被专门设计和部署为能够充当（并且只充当）大型计算资源。

HPC和网格环境之间存在一些类似之处，在许多方面，这二者都出现了一些会合和分歧，不同的团体利用了这两个系统的各自优点。许多网格环境已从HPC解决方案的扩展中产生，基于HPC环境中的工作，网格中使用的许多技术得到了优化和采用。