摘要： 如今，高性能计算已在不知不觉中渗透到人类生活的方方面面。从材料科学到石油勘探、金融市场、应急管理、医学和互联网等领域，高性能计算无一不大显身手，帮助快速攻克各种疑难问题。

HPC（High Performance Computing，高性能计算）通常指将计算能力积聚，用并行计算方式解决更大规模的科学、工程和商业问题。如今，高性能计算已在不知不觉中渗透到人类生活的方方面面。从材料科学到石油勘探、金融市场、应急管理、医学和互联网等领域，高性能计算无一不大显身手，帮助快速攻克各种疑难问题。

针对日益增长的 HPC 计算能力需求，阿里云在现有基础设施之上推出了弹性高性能计算E-HPC产品，为用户提供一站式的高性能计算服务的云平台，即HPCaaS公有云服务。2017年10月12日，产品正式发布公测上线，截止到目前，已有三百多家来自国内外的高性能计算用户在使用E-HPC公测资源，测试的应用主要集中在科学计算，AI／机器学习，设计／仿真／渲染等领域。

项目背景

由于高性能计算集群昂贵，缓慢的初期建设投资，包括集群的维护、升级，管理和一次性购买昂贵的软件许可证的困难，如何“不用排队，申请任意规模，有丰富可共享的计算软件环境”成为高性能用户普遍的诉求。另一方面，高性能计算用户对计算性能，扩展性和并行效率的追求，使得他们无法快速拥抱云计算虚拟化的计算资源。

随着云计算技术的逐渐成熟，高性能计算用户对HPCaaS的需求变得越来越实际和迫切，HPCaaS包括使用集群服务器和存储作为资源池的功能，用户提交其作业请求的Web界面，以及可以在给定集群上并行调度大规模并行应用的能力，调度多个不同并行应用程序的智能调度机制，同时考虑到不同的应用程序性能特征以达到最大总体生产力。

为此，阿里云开发了自身IaaS云产品之上的高性能计算PaaS平台，基于阿里云弹性计算ECS实例、异构计算EGS实例、超级计算集群SCC、虚拟专用网VPC、高可靠高可用的NAS存储等组件，构建了一整套HPC用户熟悉的并行计算软件环境，用户在阿里云公共云上申请集群资源，快速构建和安装部署HPC需要的并行调度管理软件、通讯库、性能库和一系列常用高性能计算应用，用户通过熟悉的阿里云服务界面，不但得到了一个“独享式”的云端超算中心资源，还同时继承了阿里云产品的稳定，安全的品质和与其它阿里云产品打通的能力——这意味着用户可以将HPC和阿里云大数据分析、数据可视化和AI产品结合使用，激发出更多的创新。

技术解析

阿里云弹性高性能计算E-HPC与传统超算中心以及自建集群相比，提供了一种快捷、弹性、安全以及互通的公共云高性能计算服务。

• 快捷：快速创建基于阿里云ECS/EGS/SCC/VPC/NAS等资源的计算集群，根据用户选择快速构建运行时环境和丰富的支撑软件栈；
• 弹性：根据计算负荷，时间和性能要求增减和释放计算节点，存储等资源，节约大量的CAPEX费用，包括但不限于硬件系统费用，永久软件许可证费用，机房维护费用，运维人工费用等。由于使用的是阿里云弹性计算资源，可以是实现即买即用的任意规模组合和节点自动缩容扩容的功能；
• 安全：E-HPC是构建在阿里云IaaS产品之上的PaaS平台，所以集成了阿里云产品的组合安全性，如VPC保证的网络安全，ECS保证的计算安全和NAS保证的高可用高可靠存储等；
• 互通：由于构建在阿里云IaaS资源之上，E-HPC和其它云产品可全面打通，例如通过云盘，共享存储和VPC网络安全交换数据，并可以和其它数据分析，可视化产品互通完成复杂的数值仿真和数据分析闭环。

此外在技术层面，阿里云弹性高性能计算E-HPC与传统超算中心、自建物理 HPC集群、自建云服务器集群等相比较，可以分析得出其具有独特的竞争优势。

• E-HPC相比传统超算中心：E-HPC按需要使用的规模购买，无需排期，即买即用；E-HPC机型种类多，可根据应用需求购置最适合的计算资源配比（如EGS实例）；E-HPC充分复用阿里云产品，大大提高了数据安全性和高可用性。
• E-HPC相比自建物理HPC集群：E-HPC可节约巨量CAPEX投入，包括但不限于硬件系统费用/软件许可证费用（多核，多节点）、服务器机房建设/电力和制冷费用、平日运作的维护支持费用；使用E-HPC无需顾虑硬件升级换代；E-HPC打通阿里云全系列产品，可扩展性极强。
• E-HPC相比自建云服务器集群：E-HPC提供方便的软件管理服务，覆盖HPC应用全部支撑软件栈功能，并随HPC共同体（OEM/OSV/ISV/用户/开发者/开源社区）版本升级；E-HPC提供云端Elastic License的按需付费的软件许可证调度机制，为用户节约一次性购买成本，同时为ISV软件厂商和个人软件开发者提供了阿里云市场的新途径，E-HPC还能够提供集群节点根据负荷变化的自动伸缩服务。

阿里云弹性高性能计算E-HPC架构图

场景应用

E-HPC是一个组合型产品，其计算节点有普通ECS实例、GPU加速EGS实例、超级计算集群SCC实例可供选择。ECS实例地域覆盖面广，适合在全球各地域部署；EGS实例适合深度学习等支持并行加速应用的客户使用；SCC实例提供RDMA网络互联，适合大规模集群，提高加速比。时下，有越来越多的中小企业和大企业需要普惠高性能计算来提供HPCaaS服务：

• 在季节性工作负载或对额外资源的弹性需求时；
• 在将IT业务云化，无需投资额外的基础架构或增加等待工作队列的时间时；
• 在希望通过统一平台获取行业应用软件许可证资源时；
• 在需要支持多用户隔离运行多个应用程序且快速获得资源时。

阿里云的弹性高性能计算产品E-HPC构筑了HPCaaS的青藏高原。

市场解读

阿里云E-HPC是建构于飞天系统上的原生云超级计算平台，对底层计算，网络和存储的调用完全基于阿里云的飞天系统，采用OpenAPI接口，随其它云产品功能和性能一起升级进化。

更为突出的是，E-HPC系统可以和阿里云神龙云服务器/SCC产品无缝对接，基于自研硬件的虚拟化2.0技术，同时具备物理机的性能和稳定性，并提供和ECS，EGS虚拟化异构资源的灵活对接，具备完全云特性，这一点是目前国内外云厂商都没有的优势，是真正的“云超算”。。

产品正在集成基于阿里云存储的Lustre高性能并行文件系统， 接入更多主流高性能计算商业软件弹性许可证管理，增强PaaS的云监控，性能优化和丰富的计费体系，正在对接各个细分领域的SaaS合作伙伴，真正打造普惠和专业的云上超算平台。

弹性高性能计算E-HPC基于多年积累的阿里云飞天系统，其功能，性能和体感将随各飞天产品的升级而普惠超算用户，基于阿里云飞天架构开发的HPC软件栈具有和云组间紧耦合，针对云平台优化的特性，和在物理超算平台上增加“云体验”的所谓“超算云”相比，真正释放了云计算的威力，可以说是毫无疑问地国内第一“云超算”产品。