高性能計(jì)算云(HPC Cloud)白皮書

2021年9月23日，超級(jí)計(jì)算創(chuàng)新聯(lián)盟2020-2021年度全體會(huì)議在甘肅蘭州召開。作為工作組2021年度重要成果，《高性能計(jì)算云（HPC Cloud）白皮書》（以下簡(jiǎn)稱“白皮書”）正式發(fā)布。

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高性能計(jì)算云（HPC Cloud）白皮書

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作為高性能計(jì)算云領(lǐng)域首個(gè)白皮書，《高性能計(jì)算云（HPC Cloud）白皮書》由中國信通院牽頭，聯(lián)合高性能計(jì)算云工作組成員單位共同發(fā)起，并積極開展研制工作。

白皮書首次明確了高性能計(jì)算云的基本概念與內(nèi)涵：高性能計(jì)算云是一種結(jié)合云計(jì)算技術(shù)的高性能計(jì)算服務(wù)模式，其中高性能計(jì)算是服務(wù)核心，云計(jì)算是服務(wù)模式創(chuàng)新的技術(shù)手段，多云互聯(lián)是服務(wù)能力的擴(kuò)展支撐。在此基礎(chǔ)上，高性能計(jì)算云將與大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)深度融合，面向行業(yè)應(yīng)用需求，提供一體化智算服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算云能力拓展。

白皮書根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)將高性能計(jì)算云分為三類：以超算資源為底座，通過云計(jì)算的服務(wù)模式為用戶提供高性能計(jì)算服務(wù)的超算云；以通用云資源作為底座，為不同租戶提供高性能計(jì)算服務(wù)的云超算；在不同高性能計(jì)算云之間，實(shí)現(xiàn)資源、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、服務(wù)等不同維度的云間協(xié)同與統(tǒng)一多云管理的多云互聯(lián)。

白皮書首次提出了高性能計(jì)算云參考架構(gòu)。作為結(jié)合超算云、云超算以及多云互聯(lián)核心能力的綜合性架構(gòu)，該架構(gòu)所包含的各項(xiàng)能力，既有現(xiàn)階段超算云與云超算的共性能力，也有現(xiàn)階段超算云與云超算的特性能力。未來，超算云與云超算將沿各自的技術(shù)路線演進(jìn)發(fā)展。

高性能計(jì)算云是一種結(jié)合云計(jì)算技術(shù)的高性能計(jì)算服務(wù)模式，其中高性能計(jì)算是服務(wù)核心，云計(jì)算是服務(wù)模式創(chuàng)新的技術(shù)手段，多云互聯(lián)是服務(wù)能力的擴(kuò)展支撐。在此基礎(chǔ)上，高性能計(jì)算云將與大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)深度融合，面向行業(yè)應(yīng)用需求，提供一體化智算服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算云能力拓展。

基礎(chǔ)設(shè)施層∶提供行業(yè)高性能計(jì)算應(yīng)用所必須的計(jì)算、存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)資源。

• 平臺(tái)層∶向下對(duì)高性能算力資源解耦，向上提供部署運(yùn)行高性能應(yīng)用的相關(guān)平臺(tái)環(huán)境。

• 服務(wù)層∶面向行業(yè)高性能應(yīng)用提供統(tǒng)一的高性能計(jì)算云服務(wù)平臺(tái)，滿足行業(yè)應(yīng)用差異化、定制化服務(wù)需求。

• 運(yùn)維管理與安全防護(hù)∶針對(duì)高性能計(jì)算云不同的層次，提供資源監(jiān)控、告警監(jiān)控等運(yùn)維管理服務(wù)以及數(shù)據(jù)、接口等安全防護(hù)服務(wù)。

• 高性能計(jì)算多云互聯(lián)與管理∶從資源、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、服務(wù)等不同維度實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算云之間的互聯(lián)互通，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的多云管理。

目前，高性能計(jì)算云產(chǎn)業(yè)根據(jù)產(chǎn)品形態(tài)將高性能計(jì)算云分為三類

• （1）超算云∶超算資源為底座，通過云計(jì)算的服務(wù)模式為用戶提供高性能計(jì)算服務(wù)。
• （2） 云超算;以通用云資源作為底座，為不同租戶提供高性能計(jì)算服務(wù)。
• （3）多云互聯(lián)∶在不同高性能計(jì)算云之間，實(shí)現(xiàn)資源、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、服務(wù)等不同維度的云間協(xié)同與統(tǒng)一的多云管理。

超算云和云超算兩類產(chǎn)品在高性能計(jì)算云參考模型的基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)和服務(wù)方面具有不同的特征。本章節(jié)將針對(duì)高性能計(jì)算云不同產(chǎn)品形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

與傳統(tǒng)超算對(duì)比，云超算在建設(shè)方式、服務(wù)提供形態(tài)等方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。云超算是基于云原生技術(shù)，采用公有云或混合云模式為用戶提供的高性能計(jì)算服務(wù)。云超算具備開箱即用、按需購買使用、資源種類多樣、彈性擴(kuò)展、易用易管理、安全可信和連通性好等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。云超算是傳統(tǒng)HPC的軟硬件與云原生、AI等技術(shù)結(jié)合的新型高性能計(jì)算服務(wù)模式。

多云互聯(lián)是一種云應(yīng)用策略，通過多云連接策略，企業(yè)可連接多個(gè)私有云、公有云及混合云平臺(tái)，將日常業(yè)務(wù)靈活地分布至不同的云端環(huán)境。

企業(yè)可利用不同云服務(wù)供貨商的服務(wù)優(yōu)點(diǎn)，選取最合適的云服務(wù)組合，同時(shí)減低采用單一云服務(wù)平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)互聯(lián)的主體不同，可以將多云互聯(lián)劃分為以下三個(gè)方∶

• HPC公有云互聯(lián)∶ HPC公有云之間的互聯(lián)互通，包括但不限于基于云化的超算中心互聯(lián)、云超算互聯(lián)、超算資源與云資源互聯(lián)等。

• HPC公有云與HPC私有云互聯(lián)∶HPC公有云與HPC私有云之間的互聯(lián)互通。部分企業(yè)從生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全的角度出發(fā)，將敏感數(shù)據(jù)使用自建 HPC 私有云處理，并將脫敏后的數(shù)據(jù)發(fā)送至HPC公有云協(xié)同處理。

• 云邊互聯(lián)∶HPC公有云與HPC邊緣云之間的互聯(lián)互通。為了滿足近用戶側(cè)的高效算力需求，可以利用HPC邊緣云所提供的高性能計(jì)算資源執(zhí)行對(duì)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性要求更高的部分業(yè)務(wù)?流程（如AI推理過程），算力資源更加豐富的 HPC公有云執(zhí)行對(duì)算力要求更高的業(yè)務(wù)流程（如AI訓(xùn)練過程），云邊之間?通過互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)相互協(xié)作。

根據(jù)Gartner的研究數(shù)據(jù)顯示，受疫情影響，全球云計(jì)算市場(chǎng)的增速放緩至13.1%，市場(chǎng)規(guī)模為 2083億美元，其中IaaS市場(chǎng)規(guī)模為592億美元，PaaS市場(chǎng)規(guī)模為 463億美元，SaaS市場(chǎng)規(guī)模為1028億美元。

預(yù)計(jì)到 2024年，高性能計(jì)算云的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 88億美元，市場(chǎng)增速將是線下高性能計(jì)算市場(chǎng)規(guī)模的2.5倍，2019年至2024年的CAGR 為17.6%。

此外，白皮書圍繞全球市場(chǎng)、應(yīng)用上云、技術(shù)融合三個(gè)方面，梳理了高性能計(jì)算云的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀；針對(duì)能源勘探、工業(yè)仿真、多媒體、生命科學(xué)、氣象環(huán)保、材料研發(fā)等應(yīng)用場(chǎng)景，分析不同場(chǎng)景需求，并闡述不同應(yīng)用場(chǎng)景下的高性能計(jì)算云典型案例；從計(jì)算業(yè)務(wù)上云、一體化安全防護(hù)體系、計(jì)算軟件服務(wù)化、綠色節(jié)能等不同方面，展望高性能計(jì)算云技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。

來源：超級(jí)計(jì)算創(chuàng)新聯(lián)盟

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