MATLAB科学计算工作站及集群配置方案

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一．MATLAB应用软件介绍

                               
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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:

                               
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PIC1 数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图

                               
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PIC2 控制系统的设计与仿真

                               
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PIC3 数字图像处理

                               
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PIC4 通讯系统设计与仿真

                               
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PIC4财务与金融工程
二． MATLAB并行计算功能特点与硬件配置分解
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。

                               
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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 (parallel 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。

                               
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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。

                               
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主要功能
l 循环并行化 (parfor) - 用于在多处理器上并行运行任务的算法
l 支持启用了 CUDA 的 NVIDIA GPU
l 可在一个多核桌面上本地运行十二个 worker
l 通过 MATLAB Distributed Computing Server 可支持计算机集群和网格
l 并行应用程序的交互和批量执行
l 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 2600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，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1~4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1~10GB以内规模, 支持4个~8个worker运算

                               
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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 IBTLC105P7S （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

方案咨询：
北京太阳HPC应用中心

北京中关村E世界财富中心C座880室

                               
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