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1、MATLAB 科学计算工作站及集群配置方案 一MATLAB 应用软件介绍 MATLAB 是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB 将高性 能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应 用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用 MATLAB 产品的开放式结构，可以非常容易地对 MATLAB 的功能进行扩充，从而 不断深化对问题认识，更多提升 MATLAB 产品应用范围。 MATLAB 产品广泛应用于各个行业,典型应用: PIC1 数值分析 、数值和符号计算 、工程与科学绘图 PIC2 控制系统的设计与仿真 PIC3 数字图
2、像处理 PIC4 通讯系统设计与仿真 PIC4 财务与金融工程 二 MATLAB 并行计算功能特点与硬件配置分析 随着科学计算的应用面扩大和深入,MATLAB 的计算量越来越大,同时基于 X86 架构计算机多核并行计算技术成熟,MATLAB 通过支持并行计算工具箱和分布式 集群计算方式，完美借助多核架构的图形工作站和分布式集群的并行计算，大幅 提升科学计算的效能。 2.1 MATLAB 的并行计算介绍 对工作站的并行计算支持 MATLAB 利用 Parallel Computing Toolbox，可以使用多核处理器、GPU 以及计算 机集群来解决运算和数据密集型问题。循环并行化 (paral
3、lel for-loops)、特殊数组 类型以及并行数值算法等高级结构让您实现 MATLAB 应用程序的并行化，而无 需进行 CUDA 或 MPI 编程。可以使用 Simulink 工具箱并行运行一个模型的多 个仿真。 工具箱提供用于在多核台式机上本地执行应用程序的 12 个 worker（MATLAB 计 算引擎） 。无需更改代码， 对分布式集群并行科学计算支持 借助 MATLAB Distributed Computing Server 在计算机集群或网格计算服务上运 行同一个应用程序。此外，还可以交互式执行或在成批执行并行应用程序。 主要功能 循环并行化 (parfor) - 用于在多处
4、理器上并行运行任务的算法 支持启用了 CUDA 的 NVIDIA GPU 可在一个多核桌面上本地运行十二个 worker 通过 MATLAB Distributed Computing Server 可支持计算机集群和网格 并行应用程序的交互和批量执行 分布式数组和单程序多数据 (spmd) 结构 - 用于大型数据集处理和数据并 行算法 2.2 工作站硬件配置与科学计算分解 矩阵式求解代数方程组过程中,矩阵规模的大小涉及到占用内存的多少,数据 量和算法涉及到 CPU 的核数和频率，数据存储和读取对矩阵存储的硬盘 io 有要 求，在很大程度上影响了计算的速度.是加速矩量法计算的关键，典型计算机配
5、 置的每一个配件对 MATLAB 性能有不同表现。 CPU 有更多 CPU 核的计算机比和数量少的有更好的表现,但是结果随着 MATLAB 应用而不同，MATLAB 自动使用多线程,在很多 MATLAB 应用中,以探索自然并行， 但是不是所有 MATLAB 功能都是多线程的, 加速随着算法有所不同, 作为可选能 力,Parallel Computing Toolbox 提供并行程序结构，更多直接覆盖计算机多核，虚 拟核很明显改善整个系统的性能，但是它对 MATLAB 应用的性能表现影响很小 内存 内存容量在计算过程承载数据计算过程所有中间数据保存，如果存储容量 不够， 就会出现数据溢出， 计算
6、无法继续， 不同数据量的求解对内存有一定要求， 内存容量、CPU-内存通道数目、内存的频率都是对计算影响的，目前 CPU 规格 对内存方面资料： 1. 基于 intel XeonE3 处理器工作站架构，内存最大到 32GB、支持最新 256 位指 令集，支持双通道架构 2. 基于 intel Xeon5600 处理器工作站架构， 内存容量达到 384GB， 支持 6 通道架 构，支持 DDR3-1333 规格 3. 基于 Opteron 6200 处理器工作站架构，内容容量达到 256GB，支持 8 通道架 构，支持 DDR3-1333 规格 4. 即将到来的 intel Xeon E5 26
7、00 处理器工作站架构，内存容量达到 768GB，支 持 8 通道 硬盘 硬盘 io 带宽涉及数据读写和虚拟内存的性能，对于数据密集型计算和大型 图像处理， 硬盘容量和带宽极其重要， 目前硬盘规格 SATA （7.2K） 单盘最大 2TB， SAS（15K）单盘最大 900GB。 图卡 目前仅限支持 Nvidia CUDA 架构为主，MATLAB 图形渲染靠的是 CPU 不是 GPU，图卡主要正常的图形显示和支持 GPU 架构的并行计算应用，这种 GPU 并 行计算主要是图像处理方面，需要安装 Parallel Computing Toolbox。 2.3 工作站配置原则 1.内存配置：通常，
8、矩阵计算的数据量和内存比例 1:3，例如 2GB 数据，内存建 议 6GB 以上。 2. CPU 配置： 内存确定后， 一般和 CPU 核数比例是 4:1， 例如： 16GB 内存以内， CPU 用单颗 4 核. 3. 图卡配置，如果是基于图像处理应用，主板提供支持 14 块 GPU 计算，保证 足够的数据量，其他方面，推荐 Quadro 600，或 Quadro2000 满足应用要求. 4. 硬盘配置 对于数据量规模小的应用，SATA 接口就可以，如果数据量大，硬 盘容量和转速相应提升，读写带宽也就越大，如数据量非常大，高速硬盘加高性 能阵列，提升硬盘 io 带宽 三 MATLAB 科学计算
9、工作站与集群配置方案 XASUN 是当今市场唯一能提供塔式、超级、机架、便携、特种等图形工作站全方 面解决方案的品牌。 拥有完整、 完美、 可靠、 静音的高性能工作站全套产品系列， 为行业用户在高性能计算、 CAD/CAM/CAE、 图形图像处理、 虚拟仿真、 三维动画、 视频编辑等应用提供强劲、高效的定制专业级图形工作站。 XASUN 将 MATLAB 应用软件结合最新计算机硬件技术,基于数据量规模和软件应 用特点划分配置方案，从而达到合理高效能完成科学计算。 科学计算工作站及分布式集群方案划分: 1. 小规模科学计算解决方案 定位: 数据量在 110GB 以内规模, 支持 4 个8 个 w
10、orker 运算 参考配置： 方案 1 入门级图形工作站 提供四核 CPU 架构的计算解决方案 型号 XASUN T3 13316-T1AA 主要配置 4 核 Xeon 3.3Ghz/16GB/Q600/1TB SATA 硬件配置明细 明细类别 配置规格 数量 CPU 4 核 Xeon E3 1240 (3.3G/8MB/5GTs) 1 芯片组 intel C202 Chips 1 内存 4G DDR3 1333 ECC 4 显卡 Quadro 600 1GB GDDR3 1 硬盘 1TB SATA 企业级 1 光驱 DVD 刻录机 1 网卡 千兆以太端口 2 工作站平台 XASUN IBTL
11、C105P7S （700W EPS） 1 显示器 可选 噪音控制系统 静音级(全速计算 45 分贝以内) 硬件性能指标 CPU 运算速度每秒 528 亿次，支持 256 位指令集 GPU 像素填充率:2.56GP/s,显存带宽 25.6GB/s 96 个流处理器，1GB GDDR3 显存 硬盘 IO 读写带宽 100/90MB/S 网络端口 通过汇聚功能，实现 2Gbps 硬件升级能力 CPU 最高支持 Xeon E3-1290（3.6GB） 显卡 支持双 GPU 的 Nvidia 或 ATI 全系列 内存槽 最大到 32GB DDR3 1333 ECC 硬盘位 可通过高性能 SSD，大幅提升
12、读写速度 PCI 扩展 2*PCIe x16,1*PCIe x4,1*PCI 操作系统 支持 Windows Server 2003、2008 支持 Windows XP、Vista、7 支持 Redhat、Suse Linux 全系列 应用软件 基于 windows、linux 环境下软件全系列 报价 16,800 方案 2 高性价比图形工作站 提供 8 核 CPU 架构的计算解决方案 型号 XASUN T5 22548-A16B 主要配置 8 核 Xeon 2.53Ghz/8GB/G2000/600GB SAS 硬件配置明细 明细类别 配置规格 数量 CPU 4 核 Xeon E5630(
13、2.53G/8MB/5GTs) 2 芯片组 intel S5520+ICH10R Chips 1 内存 8G DDR3 1333 ECC 6 显卡 Quadro 2000 1GB GDDR5 1 硬盘 600GB SAS 6Gbps 1 光驱 DVD 刻录机 1 网卡 千兆以太端口 2 工作站平台 XASUN SDA6C105PAS（1000W EPS） 1 显示器 可选 噪音控制系统 静音级(全速计算 45 分贝以内) 硬件性能指标 CPU 运算速度每秒 810 亿次 GPU 像素填充率:10GP/s,显存带宽 41GB/s 192 个流处理器，1GB GDDR5 显存 硬盘 IO 读写带宽
14、 200/190MB/S 网络端口 通过汇聚功能，实现 2Gbps 硬件升级能力 CPU 最高支持 Xeon 5600（3.6GB） 显卡 支持双 GPU 的 Nvidia 或 ATI 全系列 内存槽 最大到 192GB DDR3 1333 RECC 硬盘位 可通过高性能 SSD，大幅提升读写速度 PCI 扩展 2*PCIe x16,1*PCIe x4,1*PCI 操作系统 支持 Windows Server 2003、2008 支持 Windows XP、Vista、7 支持 Redhat、Suse Linux 全系列 应用软件 基于 windows、linux 环境下软件全系列 报价 29
15、,600 2. 中规模科学计算解决方案 定位于数据量在 1030GB 以内科学计算规模, 支持 8 个12 个 worker 运算,支持 GPU 架构扩展. 参考配置： 方案 3 全能型图形工作站 提供 12 核 CPU 架构的计算解决方案 型号 XASUN T5 23164-A41RT1AB 主要配置 12 核 Xeon 3.06/64GB/Q2000/4*146GB+RAID 硬件配置明细 明细类别 配置规格 数量 CPU 6 核 Xeon X5675 2 3.06G/12MB/6.4GTs/超线程/Turbo 芯片组 intel S5520 Chips+ICH10R 内存 8G DDR3
16、 1333 Reg ECC 8 显卡 Quadro 2000 1GB GDDR5 1 系统盘 146GB SAS 6Gbps 4 8port SAS2-RAID 1 数据盘 1TB SATA 1 光驱 DVD 刻录机 1 网卡 千兆以太端口 2 工作站平台 XASUN SDAIC105PAS （1000W EPS） 1 显示器 可选 噪音控制系统 静音级(全速计算 45 分贝以内) 硬件性能指标 CPU 运算速度每秒 1406 亿次 GPU 像素填充率:10GP/s,显存带宽 41GB/s 192 个流处理器，1GB GDDR5 显存 GPU 浮点 单精度 480Gflops，双精度 240Gflops 硬盘 IO
