項目介紹
澳大利亞昆士蘭醫(yī)學(xué)研究院（QIMR）由昆士蘭州政府出資，成立于1945年，是澳大利亞最大和最成功的醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)之一，并且是全球公認的一流的科研機構(gòu)。
QIMR有總計有700名科學(xué)家、學(xué)生和后勤人員，成立有50個獨立的實驗室，包含了6個大類的研究部門：生物學(xué)、細胞和分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和計算生物學(xué)、免疫學(xué)、人口健康以及聯(lián)合方案。其研究人員調(diào)查了一系列的疾病，包括癌癥、哮喘、艾滋病、瘧疾、子宮內(nèi)膜異位癥、登革熱的遺傳和環(huán)境因素的影響。
挑戰(zhàn)
就像所有的研究設(shè)備一樣，QIMR的科學(xué)家們需要通過訪問高性能計算（HPC）資源，實現(xiàn)突破性的創(chuàng)新成果。如果沒有最先進的設(shè)施，QIMR將無法支持科學(xué)家們的尖端項目或吸引最優(yōu)秀的研究人員。
QIMR的首席信息官Jonathan Davies說：“根據(jù)推動生物信息學(xué)和統(tǒng)計分析的要求，用戶通常會開始要求更多的計算能力，研究人員需要訪問高性能計算集群來同時處理大量數(shù)據(jù)集合。而且很快會出現(xiàn)越來越多的用戶請求使用類似的資源。并且我們所談?wù)摰氖沁@里大多數(shù)的研究部門，而不僅僅是其中的一個兩個。在整個QIMR，這就是我們的科學(xué)家科研所需要的工作。”
為了滿足科研的需要，QIMR需要建立一個通過作業(yè)管理系統(tǒng)來管理作業(yè)調(diào)度和優(yōu)化吞吐量的HPC集群來為所有實驗室提供共享的計算服務(wù)。
“對于作業(yè)管理系統(tǒng)，最重要一點就是可靠性，我們希望有一個著名的、性能優(yōu)異的支持系統(tǒng)，讓我們可以依靠它來實現(xiàn)我們的需求。”
圖1 DELL多核服務(wù)器
解決方案
在2010年底，QIMR購買了戴爾的多核服務(wù)器和存儲構(gòu)建了HPC集群，通過PBS Works以方便共享為核心服務(wù)服務(wù)，為研究所的實驗室提供高效計算資源。該集群由戴爾PowerEdge R815服務(wù)器和Dell PowerEdge R710服務(wù)器構(gòu)成。
在選擇一個作業(yè)管理系統(tǒng)時，QIMR評估了許多商業(yè)和開源的系統(tǒng)，當(dāng)然很多研究機構(gòu)和研究型大學(xué)都有類似的經(jīng)歷。QIMR的IT團隊對多個系統(tǒng)進行了細致的分析后，包括了大量的產(chǎn)品功能演示，最終選擇了Altair PBS Works。
PBS Works是一套包含作業(yè)調(diào)度、按需計算、HPC作業(yè)管理和分析產(chǎn)品。該套件的旗艦產(chǎn)品，PBS Professional®，是業(yè)界使用最為廣泛的HPC作業(yè)管理和調(diào)度系統(tǒng)。
Jonathan Davies說：“PBS Professional是我們了解的經(jīng)過實踐檢驗的商業(yè)級的系統(tǒng)，它性能可靠，特別是在復(fù)雜的環(huán)境中，可以為大量分散在許多不同實驗室的研究者提供解決方案。我們也知道我們可以從Altair找到可靠的專家對我們進行支持。”
QIMR同時希望，確保他們的群集可以容易地為研究的擴大而擴展。“PBS Professional是這個場景的理想方案，”Jonathan Davies說，“現(xiàn)在有很多可擴展的作業(yè)管理系統(tǒng)，PBS Professional是許多世界TOP500超級計算機在使用的可以擴展到數(shù)百數(shù)千個核心作業(yè)管理系統(tǒng)。”
“最初的集群使用了Torque資源管理系統(tǒng)，但我們發(fā)現(xiàn)，需要大量的工作才能支持我們的團隊。”Jonathan Davies說，“因此為了這套系統(tǒng)我們投入了大量的資源進行了系統(tǒng)的維護和培訓(xùn)。”
IT團隊在2011年安裝了PBS Professional，為用戶提供服務(wù)；在2012年，他們把HPC集群移到一個新的專用數(shù)據(jù)中心，新的HPC提供更多的資源擴展，增強了用戶操作環(huán)境，提供了更靈活的電源管理�，F(xiàn)在的集群系統(tǒng)，為所有六個部門的遍布世界各地的50名科學(xué)家提供服務(wù)。PBS Professional管理不同大小和類型的各種作業(yè)，為每個研究人員提供了平衡的作業(yè)負載并確保每個人所需要的HPC計算資源可用。
結(jié)論
“每個人都得益于該系統(tǒng)的使用。”Jonathan Davies說，“我們的科學(xué)家現(xiàn)在可以提供更快、更準確的科研成果——我們同時能夠處理更多的數(shù)據(jù)，并且更加迅捷。研究人員還可以做很多以前無法完成的事情，比如多次運行計算作業(yè)或使用更大的數(shù)據(jù)集合，實現(xiàn)其他方式無法獲得的結(jié)果。這套系統(tǒng)帶給我們的價值顯而易見。”
在一個例子中，遺傳學(xué)研究工作者們致力于上千基因組項目，他們希望針對大量的基因組數(shù)據(jù)來進行計算。這種類型的工作以前根本無法完成。
QIMR的科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PBS Professional對于提交HPC作業(yè)來說是一個易于使用且功能強大的工具。Jonathan Davies的報告指出，一組以前從來沒有用過類似PBS Professional產(chǎn)品的用戶，能夠非�？焖俚脑诓坏�1周的時間內(nèi)開始運行自己的作業(yè)，就像QIMR的資深用戶一樣。
“使用PBS Professional系統(tǒng)是非常簡單的。作為一個用戶，我在開始使用HPC之前感到有些害怕，PBS Professional可以很容易地運行HPC作業(yè)，并給我一些指導(dǎo)，我現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)通過集群運行作業(yè)是一件非常容易的事情。”生物統(tǒng)計學(xué)家Leesa Wockner說，他在QIMR/RBWH部門的統(tǒng)計部門工作。
“以前，我們的科學(xué)家們在各自的工作站上運行他們的計算進程，這樣可能需要幾個星期才能得到他們所需要的結(jié)果，”Jonathan Davies說，“現(xiàn)在作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間只需幾個小時或幾分鐘。”
即使是遺傳學(xué)和計算生物學(xué)部門，他們曾經(jīng)自己維護著一套Condor的集群，目前也已經(jīng)切換到了PBS Professional系統(tǒng)進行管理。
“中央集群的最大特點是速度更快，并且研究人員有更多的可用計算資源”統(tǒng)計遺傳學(xué)實驗室研究助理Yi Lu說。
QIMR的系統(tǒng)管理員喜歡的是PBS Professional易于管理的作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)，提供了任務(wù)和資源管理的靈活控制。
隨著越來越多的研究人員了解到這套共享系統(tǒng)的可用性和對用戶的好處，QIMR計劃擴大集群的規(guī)模。
在一個例子中，系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)實驗室的運行MATLAB作為其心理健康研究的一部分。“MATLAB為我們提供了一個易于使用的界面包括了GPU計算和與PBS Professional的通訊使用，使我們能夠便利地從臺式機轉(zhuǎn)到利用的機群的資源，而無需重新編寫所有的代碼。”在實驗室的博士生Anton Lord說，“這為我們節(jié)省了時間和精力。”
部分計算需從中央集群擴展到多個節(jié)點，需要判斷用戶的需求，如NVIDIA特斯拉通過Altair的系統(tǒng)調(diào)用中央戴爾的系統(tǒng)。“戰(zhàn)略上，我們選擇一個支持GPU（圖形處理器）的作業(yè)管理系統(tǒng)，”Jonathan Davies解釋。
QIMR期望PBS Works成為他們的HPC增長所選平臺，為醫(yī)學(xué)研究提供全球頂級的計算環(huán)境。
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本文標題：PBS Professional助力QIMR提升HPC能力和支持高質(zhì)量的研發(fā)能力
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