教育行业场景方案之高性能计算和仿真实验室GPU场景

2021-07-16 10:07:28

学校以往的高性能计算和仿真实验室均采用物理机的方式，随着云计算的发展，可以将GPU资源采用直通和虚拟化的方式加载到虚拟机上，从而实现高性能计算和仿真实验室场景。

高性能计算主要是为学校模型计算提供服务，涉及的学科非常多，如流体力学、建筑、电子、医药等，对基础架构的要求是:
能承担重载模型计算和实验性计算两种场景；
同时支持windows和Linux两种操作系统；
能与学校认证系统对接，并提供自服务；
支持IB网络，需要与GPFS并行文件系统对接；
统一管理。

仿真实验室建设目的很明确，就是方便教学。主要体现在系统或者软件上面，将教学内容从以往的书本转移到软件或系统中，表达方式也从以往的纯文字变成了图片、动画、视频、三维操作……，多元化表达形式让教学内容更加容易和被学生所接受，提高教学质量，并且内容趣味性增强，让学生容易接受，提高学习效率。仿真实验室采用的软件都具有三维立体功能，作为底层支撑平台需要稳定、可扩展、GPU资源等能力，与学校LDAP认证系统对接，为老师教学及学生实验提供3D一体化服务。
AStack云平台提供了计算、存储、网络，多个功能模块，配合了企业管理模块，为学生/老师提供租户管理及自服务。AStack云平台还具备GPU直通与GPU虚拟机两种技术方案，完全可以满足目前学校高性能计算场景和模拟仿真场景。
高性能计算方案：

高性能计算架构图

通过AStack云平台+裸金属模块，同时管理虚拟化和物理机资源，将重载的计算场景放在物理机运行；将一些验证性和学生试验计算场景放在虚拟机运行；
通过AStack云平台支持GPU卡直通模式，将GPU卡透传给虚拟机，为用户提供GPU资源，参与计算；还需要支持FPGA卡的透传，把FPGA卡透传给虚拟机直接使用；
验证性和学生试验场景通过多租户方式管理，通过企业管理模块实现资源生命周期管理，能够快速回收资源；
AStack云平台通过IB网络与并行文件存储系统（GPFS）对接，为高性能计算提供存储服务。
仿真实验室方案：

仿真实验室架构图

通过AStack云平台提供虚拟化技术与vGPU技术相结合，提供GPU虚拟化计算、存储、网络及GPU资源；
前端采用GPU云桌面（VDI）与后端AStack云平台相连，代替原有高端工作站，用于模拟仿真教学、操作等；
定制带有Autocad、Ansys、Adams等软件的系统镜像，实现批量分发，便于部署；
通过AStack企业管理模块，实时把学生从学校LDAP认证服务器传到云平台上，批量创建项目，对资源实现生命周期管理。

教育行业场景方案之高性能计算和仿真实验室GPU场景