摘要：
    使用计算机系统进行科学计算和模拟已经成为现代物理、化学和材料等领域研究最重要的方法之一。半导体设计的飞速发展使得在单位体积中的处理器密度较高提升和相应采购成本的降低，因此用户面临着两方面艰难的抉择，使用高性能计算机能够带来科研水平的飞跃，但是传统高曙光性能计算机使用上的专业性、复杂性又使用户望而却步。
 

    HPC100是曙光公司研制的最新高性能计算平台。这个平台的推出非常好的符合用户的硬件需求并且极大地简化了使用模式，既可以给用户提供的一个科研计算的有力平台，同时也可以给部分潜在的用户一个尝试体验高性能的平台，符合现在高性能计算技术和市场发展的趋势。

    通过典型应用在曙光PHPC100平台上的性能测试结果，本文给出了基于曙光PHPC100的量化计算和材料领域计算解决方案以及潜在用户。

关键词：
    曙光PHPC100，量化计算，材料模拟，Gaussian，vasp

编写人员：赵崇山

    技术支持中心 解决方案中心 高性能计算首席工程师&&应用体验中心主任

1. 高性能计算机的趋势和困难

    随着半导体芯片技术和并行计算技术的发展，高性能计算机有着高端面向应用领域专业化以及低端向着大众“普及标准化”的两个方向发展。一方面，从TOP500排名来看最高端计算机追求面向其使用者的核心算法（如密度泛函，分子动力学，有限元算法）的持续性能和扩展性，另一方面，多核化的趋势已经深入处理器的设计中，使用者面临应用软件并行化的必然趋势。

    事实上，几乎所有科研用户都会涉及到物理、化学和材料模拟计算的某一个方面，该领域实际占有科学计算的绝大部分领域。但是在用户尝试使用高性能计算机的时候，又会面临更多的困难，因此如何设计出一款既能保证性能又可以保持易用性的产品来符合这个市场，是摆在每一个从事高性能计算厂家的现实困难。

    材料科学的研究者限于多方面的原因，对于高性能计算机的系统和使用并不是很熟悉，还是在使用性能很差的工作站甚至PC机，无论从计算能力还是未来发展趋势上，都不能满足现有科研规模的需要。但是用户对于购买一套大型的高性能计算又面临着经费、场地和管理人员的诸多困难，同时应用软件的扩展性也限制了用户的计算平台的规模。

    相对于其他领域，物理、化学和材料计算领域用户的困难主要是由自身领域的特点决定的。每一个用户都会多多少少地涉及到模拟计算，模拟计算已经是理论研究和实验手段之外必不可少的一个重要的补充，但是总的来说，在使用的规模上比较小，尤其是对于中小研究组的用户。用户面临的最主要的困难在于经费的规模往往只有几十万，甚至十几万，这样采购出来的高性能计算平台往往仅仅是一个低端硬件平台，性能、稳定性等没有保障。

    经费的限制会带来其他方面的影响，比如没有专用的机房必然会高性能计算机带来负面的影响。这样采购的高性能计算机只能放在条件相对低的环境中，办公室环境不容许计算机有很大的噪音，普通的高性能计算机都不可放置在办公室环境，会影响用户正常工作和身体健康。没有专业机房还会带来散热的问题，高性能计算机长期在高温环境下运行会极大地缩短硬件平台的使用寿命，而且所处的环境往往没有专门的动力电，只能使用普通的墙电，这样在长期负载比较大的情况下，会造成电气设备的安全隐患。
 

    用户最关注高性能计算机系统的是应用性能和产出率，理论性能相对而言并不重要。应用性能生物计算平台需要达到一定的性能，以取代工作站和PC机，满足科研对计算处理能力的需要，同时要保证高效率。高性能计算平台是相对比较复杂的系统，包括多种硬件设备，系统软件，并行环境和应用软件等多个层次。整个软件系统的安装部署和调优，以及必要时的恢复也比较繁琐。很多用户觉得高性能计算平台的管理是一个痛苦的工作，但是原有高性能计算机的结构是以性能为导向的产品很难符合这类需求，因此市场迫切需要一种新的高性能计算平台的产生。