擁抱液冷，構(gòu)建高效綠色AI算力--華南理工大學算力實踐篇

當你在電視屏幕前看到，

長征五號遙八運載火箭成功發(fā)射；

嫦娥六號探測器登上月球的背面；

神舟十八號載人飛船與太空空間站成功對接。

你是否會想到，

小小的“陶瓷”正在航天領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。

從微觀到宏觀，

這就是材料學的魅力。

在華南理工大學，材料科學與工程學院無機系的師生正在開展有關(guān)“新型高熵超高溫陶瓷材料”的研究課題。

隨著新一代高超聲速飛行器飛行馬赫數(shù)的不斷提升，對隔熱材料的力學強度、熱導率和耐溫性提出了更嚴苛的要求，兼具優(yōu)異力學強度及隔熱屬性的材料一直是科學家的追求目標。

發(fā)展可應用于未來極端條件下的新型超高溫陶瓷材料，既是助力長征五號、嫦娥六號及神舟十八號持續(xù)成功的“功臣”之一，也是目前國內(nèi)外學術(shù)界研究的熱點問題。

華南理工大學材料科學與工程學院無機系副教授莊磊表示：“新型高熵超高溫陶瓷材料的主要難點在于高熵陶瓷的形成，不是說任選4種以上的陶瓷材料混合就能形成穩(wěn)定的單相。可能的組分空間非常龐大，合出來的材料具體性能表現(xiàn)也不確定，所以需要大批量地進行實驗，這就帶來了大量的計算需求。”

與此同時，高熵陶瓷的結(jié)構(gòu)復雜性，使得原子尺度的模擬計算，需要建立更大的模型以解決結(jié)構(gòu)無序度的問題。這對算力資源要求很高。

華南理工大學材料科學與工程學院無機系副教授俞呼雷指出，華南理工大學升級后的新科學計算集群，讓針對復雜高熵陶瓷的第一性原理計算、機器學習、勢函數(shù)訓練和分子動力學模擬變得更加可行，單個任務的計算耗時可以減少到原來的20%到80%，極大地提升了計算效率。

俞呼雷教授強調(diào)：“現(xiàn)在，通過學校的科學計算公共服務平臺，我們加速開發(fā)出了多種新型的高熵超高溫陶瓷材料。”

像“新型高熵超高溫陶瓷材料”這樣的研究課題，只是華南理工大學眾多新工科、交叉學科研究項目的縮影。

華南理工大學作為教育部直屬的全國重點大學，不僅位列“211工程”“985工程”，也是“雙一流”建設(shè)A類高校。全校建有29個國家級科研平臺、231個省部級科研平臺，數(shù)量居廣東省高校首位。

走進華南理工大學廣州國際校區(qū)，你可以在眾多教學樓中看到這樣一座建筑，它就是華南理工大學廣州國際校區(qū)數(shù)據(jù)中心，位居國內(nèi)高校建筑面積最大的單體數(shù)據(jù)中心之列。其建筑面積12800平方米，設(shè)計有660個機柜，總可用功率在1萬kW以上，按照A+B級標準設(shè)計，配備了7*24小時的專業(yè)運維團隊。

目前，該數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的理論峰值性能達到了7.3 PFlops，AI計算能力可以達到94 PFlops。系統(tǒng)存儲的裸容量為34.45 PB，實際可用空間約為25 PB，網(wǎng)絡(luò)方面采用了200 Gb/s的NDR IB網(wǎng)絡(luò)。

為了響應國家碳中和號召，華南理工大學采用了液冷技術(shù)，全水冷設(shè)計在提高系統(tǒng)性能的同時，將數(shù)據(jù)中心能耗降低了30%， PUE值設(shè)計小于1.2，而隨著PUE的降低，用于散熱的電量大大減少，每年節(jié)約電費約300萬。

華南理工大學信息網(wǎng)絡(luò)工程研究中心數(shù)據(jù)與高性能計算中心主任黃建波介紹道：“數(shù)據(jù)中心的初心是讓師生能夠快速上手，同時必須覆蓋學校主要的使用場景和滿足各種科學研究的需求，通過豐富的接口，實現(xiàn)軟件的個性化對接定制和優(yōu)化。”

2023年通過集約化建設(shè)方式，建成了為全校提供高端計算+AI的科學計算公共服務平臺，建設(shè)后算力達到目前全國高校算力領(lǐng)先水平，滿足了全校科研團隊對算力的需求，支撐起全校新材料、計算化學、生物醫(yī)學、人工智能、芯片設(shè)計、汽車設(shè)計、建筑設(shè)計、海洋科學等科學研究和創(chuàng)新。

黃建波主任指出，華南理工大學還積極響應國家算力一體化建設(shè)，加入教育部的算力聯(lián)盟，通過采用北京大學SCOW系統(tǒng)實現(xiàn)異構(gòu)納管，接入教育部智算融合共享平臺。

目前，華南理工大學取得的這些成果都離不開學校的清晰需求和系統(tǒng)建設(shè)定位，以及產(chǎn)品供應商聯(lián)想在技術(shù)上的配合。

聯(lián)想通過專業(yè)的技術(shù)服務洞察了華南理工大學數(shù)據(jù)中心在建設(shè)升級過程中的核心訴求。為了實現(xiàn)學校對于性能和節(jié)能的追求，實現(xiàn)多集群的統(tǒng)一算力交付，針對實際情況為華南理工大學量身定制了液冷解決方案。

通過聯(lián)想高性能計算和人工智能產(chǎn)品營銷主任技術(shù)顧問郝常杰的介紹，我們了解到：

首先，聯(lián)想通過異構(gòu)算力設(shè)計，搭配CPU和GPU的混合使用滿足多樣化的計算需求。液冷服務器搭配了英特爾6458Q，實現(xiàn)了強大的性能支持。6458Q是一款專門針對液冷服務器設(shè)計的處理器，在國內(nèi)氣象、制造、科研領(lǐng)域得到了大規(guī)模的部署應用。

其次，部署NDR Fat tree 實現(xiàn)全線速無阻塞，高速低延遲，保證計算網(wǎng)絡(luò)帶寬200 Gb/s。使用2X DSS- G250，13 PB以上容量的聯(lián)想高性能分布式存儲，實現(xiàn)90 GB的讀/寫帶寬，存儲單流帶寬大于6 Gb/s。

最后，再通過聯(lián)想自研智能一體化的管理平臺Lico實現(xiàn)一鍵快速部署，異構(gòu)集群的統(tǒng)一管理，配合高通量低延遲的作業(yè)調(diào)度軟件，同時集成了豐富的AI應用模型。

郝常杰顧問指出，得益于整體的優(yōu)秀架構(gòu)，在Linpack基準測試中，數(shù)據(jù)中心的效率達到理論峰值的90%。為用戶現(xiàn)在及未來實際的科研應用保障了強大的實際計算能力。

郝常杰顧問表示：“為了實現(xiàn)綠色低功耗計算，我們部署了聯(lián)想第五代海神溫水水冷技術(shù)，入水溫度45-50度，水冷覆蓋能耗器件達95%以上，包含了水冷電源模塊。”

此外，高效的散熱設(shè)計為計算芯片提供了更加穩(wěn)定的工作環(huán)境，進一步保障了計算性能的充分發(fā)揮。PUE理論值可降至1.1，無風扇設(shè)計能夠減少風扇故障點，實現(xiàn)近乎0分貝噪音。每年節(jié)省電力和碳排放可達40%以上。

作為聯(lián)想全液冷技術(shù)和高效算力落地的創(chuàng)新案例，華南理工大學勇于打破“性能、能耗、成本”之間的“不可能三角”，不僅科研應用提供強大實際計算能力，加速了科學研究和復雜場景計算模擬速度，還降低每單位性能的能耗和成本，率先在行業(yè)內(nèi)補全了全棧液冷的拼圖，成為高校科學計算平臺的成功案例。