2014产品创新数字化征文：核电工程计算云建设实践

前言

    上海核工程研究设计院（以下简称“核工院”）正承担着AP1000依托项目工程设计、国产化AP1000核电工程设计、大型先进压水堆核电站国家重大专项研发、国产化CAP1400/CAP1700/CAP2100等国家重大专项研发任务，在完成一系列任务的过程中，需要进行核反应堆堆芯热工水力分析、核反应堆保护和控制分析、核反应堆主冷却系统流固耦合分析、核级设备应力分析与抗震力学分析等仿真分析设计及计算工作，要求综合利用种类繁多的计算资源。由于仿真计算涉及的工程软件、服务器、工作站等价格不菲，核工院无法购置充足的计算资源供研发人员使用，必须寻求高效、动态且低成本的计算资源调度、管控及扩展机制以满足研发计算需求。

    核工院、上海超级计算中心（以下简称“SSC”）、上海泛云信息科技有限公司（以下简称“泛云科技”）通力协作，高效融合SSC在仿真计算领域的知识经验以及丰富的仿真计算软硬件资源，创新发展企业级SaaS应用云平台建设理念，渐进整合核工院CAE高性能计算集群、SSC核电分中心CAE全过程服务平台、SSC计算资源，进而形成一个层次鲜明、动态扩展的仿真计算资源架构，为用户提供统一的安全访问机制、海量的仿真计算能力以及高清的三维交互体验，实现国内首个级联式、弹性化、专业型工程计算混合云计算平台。

建设内容

    在核工院工程计算云建设实践中，SSC核电分中心CAE全过程服务平台（以下简称“核电分中心CAE平台”）是弹性云架构的中枢环节，也是核电工程计算云建设项目的关键内容。

    核电分中心CAE平台依托SOA架构技术、云端转发技术实现多层次计算资源之间的耦合联动，实现上海核工院计算集群、SSC核电分中心计算资源及SSC主体计算资源间互联互通的混合云计算系统，使核电分中心CAE平台成为上海核工院计算平台的二级本地化计算资源池，SSC计算资源成为核电分中心CAE平台的三级公共型计算资源池，动态满足不同时期、不同核电研发项目的软硬件计算资源需求。

图1 仿真云计算平台管理系统

    核电分中心CAE平台成功实践了高性能计算集群管理技术与三维图形虚拟化技术的有效融合，探索了私有云计算平台与公有云计算平台的耦合联动的混合云计算架构模式，目前已经建设了120颗CPU核心的高性能计算服务器集群，12台远程图形可视化服务器集群，集成了10多款核电研发专业仿真软件。

    核电分中心CAE平台基于泛云科技提供的SimCloud仿真云计算平台管理软件，通过深度定制及协作开发的形式实现了以下功能：

    ★ 仿真计算全过程服务能力

    核电分中心CAE平台通过将高性能计算和高清虚拟化的集成整合，为用户提供了统一的仿真资源管理应用平台，应用工程师只需要通过IE浏览器，就可以便捷的打开仿真软件进行仿真建模分析，提交HPC计算作业进行仿真计算求解，从而实现了仿真分析前处理、求解计算以及后处理等工作的一体化在线服务。

    ★ 软件许可证管理与监控功能

    核电分中心CAE平台可以通过网络专线将SSC的软件许可证发布至核电分中心，通过集成配置和软件许可证调度，使得核电分中心计算平台的HPC计算和前后处理能够调用上海超算中心的软件许可证。

    核电分中心CAE平台能够识别和解析软件许可证，可根据软件许可证的调用逻辑，对于计算作业作出合理有效的调度。能够监控软件许可证的应用状态，包括模块列表，模块总数、占用数、失效日期以及启动时间、用户等信息。

    ★ 高清三维图形应用交付能力

    用户能够通过Web浏览器启动部署配置在分中心CAE平台图形服务器上的前后处理软件，能够流畅平滑的对三维模型进行操作。前后处理软件以应用模式发布，如同本地安装一样，对于三维模型操作都占用远程图形服务器的CPU、内存及显卡资源并实时展现；管理员通过平台门户即可实时监控图形服务器资源的应用状态。

    ★ 混合云模式CAE求解计算功能

    核电分中心CAE平台高性能计算模块可以跟上海超级计算中心无缝集成，可将上海超算的计算资源作为本地资源的补充，通过设定的作业转发策略，在核电分中心CAE平台中的本地作业可自动的转发至上海超算HPC集群计算，计算完成后又自动的将计算结果下载到本地，实现了“私有云”与公有云的无缝集成。