【摘要】：在地球動(dòng)力學(xué)和氣候模擬等領(lǐng)域,數(shù)值模擬產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模達(dá)到Tb至Pb量級(jí)。實(shí)現(xiàn)這些海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化和實(shí)時(shí)診斷分析面臨很大的困難,時(shí)空多尺度數(shù)據(jù)抽取可以解決這一瓶頸。高精度數(shù)據(jù)的可視化結(jié)果展示需要高分辨率的顯示設(shè)備,并行的大屏幕顯示技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效手段。地球科學(xué)數(shù)值模擬、并行數(shù)據(jù)抽取和高分辨率顯示都需要搭建高性能計(jì)算機(jī)集群。本文在基于Lagrange插值的多維度、多尺度、多分辨率并行數(shù)據(jù)抽取算法的同時(shí),利用并行計(jì)算節(jié)點(diǎn)及LCD顯示器,基于Rocks cluster系統(tǒng)搭建起一個(gè)176核,4×10×1024×1280分辨率的高性能計(jì)算模擬、數(shù)據(jù)抽取和并行顯示輸出的集成平臺(tái),并將該平臺(tái)成功應(yīng)用到氣候模式模擬產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的并行抽取和并行顯示。
【圖文】：

所示；也可以把感興趣的異常區(qū)域加密抽取，如圖３（ｄ）所示。這樣就減少了數(shù)據(jù)的量級(jí)。數(shù)據(jù)量可以降低到原來(lái)的６．５％，這一比例還可以隨著單個(gè)數(shù)據(jù)的變量增加而減少。對(duì)于時(shí)間步比較多的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)減少的絕對(duì)值是非常可觀的。數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可視化的可能性也就大大的提高。圖３并行數(shù)據(jù)抽取算法對(duì)海嘯模擬數(shù)據(jù)的抽�。ǎ幔槿毡镜匦螆D；（ｂ）為抽取后的日本地形圖；（ｃ）為區(qū)域抽取后的日本地形圖；（ｄ）為對(duì)感興趣區(qū)域抽取的結(jié)果２大規(guī)模并行顯示系統(tǒng)的搭建隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力以及并行技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)計(jì)算所處理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，在生物技術(shù)、氣象、核技術(shù)、流體力學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量已達(dá)到Ｔｂ至Ｐｂ級(jí)。要精確地顯示出這些數(shù)據(jù)，目前的單臺(tái)顯示設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。建立大規(guī)模并行顯示系統(tǒng)，已成為可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的迫切需求［５］。大屏幕顯示墻技術(shù)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一，本文用１１個(gè)集群節(jié)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)４０個(gè)顯示器。２．１硬件環(huán)境系統(tǒng)硬件選擇基于性價(jià)比以及可擴(kuò)展性的考慮，既要考慮計(jì)算機(jī)的性能，還要便于技術(shù)追蹤。本文選擇普通的Ｉｎｔｅｌ架構(gòu)并行計(jì)算機(jī)集群［６］和顯示器來(lái)構(gòu)建大規(guī)模并行顯示系統(tǒng)。這樣一來(lái)，可大大降低了系統(tǒng)的成本，如圖４所示。整個(gè)系統(tǒng)由１１臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，其中１０臺(tái)計(jì)算機(jī)作為大屏幕系統(tǒng)的繪制和顯示節(jié)點(diǎn)（Ｔｉｌｅｎｏｄｅ），１個(gè)節(jié)點(diǎn)作為控制節(jié)點(diǎn)（Ｆｒｏｎｔｅｎｄｎｏｄｅ），主節(jié)點(diǎn)控制子節(jié)點(diǎn)。１１臺(tái)機(jī)子主板都是超微服務(wù)器主板。每臺(tái)計(jì)算機(jī)配置兩個(gè)８核ＣＰＵ，一塊ＮＶＩＤＩＡＱｕａｄｒｏＮＶＳ４４０四路輸出顯卡。主節(jié)點(diǎn)的硬盤(pán)為３塊２Ｔ

通的液晶顯示器拼在一起，在選擇顯示器時(shí)選擇盡可能邊框窄的顯示器。系統(tǒng)采用４１個(gè)１９寸普通的ＢｅｎＱ顯示器，一個(gè)作為控制節(jié)點(diǎn)的控制端，其余４０個(gè)顯示器拼接在一起，構(gòu)成一個(gè)４×１０的顯示墻。每個(gè)顯示器的分辨率為１２８０×１０２４，最高分辨率可達(dá)４０×１０２４×１２８０即５２４２萬(wàn)像素。圖４大規(guī)模并行顯示系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)２．２軟件環(huán)境目前用于大規(guī)模顯示的軟件有ＸＤＭＸ［７］、ＳＡＧＥ［８］、ＣＧＬＸ［９］、Ｃｈｒｏｍｉｕｍ［１０］等，這些軟件都是基于Ｌｉｎｕｘ系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的。ＸＤＭＸ技術(shù)是一個(gè)代理Ｘ服務(wù)器，它提供了對(duì)連接在多臺(tái)不同機(jī)器上的多頭支持（其中每臺(tái)機(jī)器都運(yùn)行著一個(gè)典型的Ｘ服務(wù)器），結(jié)合使用Ｘｉｎ－ｅｒａｍａ［１１］，這樣多個(gè)機(jī)器上的多個(gè)顯示就可以形成一個(gè)統(tǒng)一的虛擬桌面。ＸＤＭＸ雖然可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高分辨率顯示，但并不是并行顯示的，實(shí)際的渲染和繪制都是在主節(jié)點(diǎn)上完成的，這就要求主節(jié)點(diǎn)的配置要特別好。據(jù)日本同步輻射研究所（ＪＡＳＲＩ）測(cè)定［１２］，打開(kāi)一個(gè)１２５６１×３３５０像素１１Ｍ的ＪＰＥＧ格式圖片，，使用ＸＤＭＸ＋Ｌｉｎｕｘ系統(tǒng)打開(kāi)用時(shí)２０ｓ，而ＲｏｃｋｓＣｌｕｓｔｅｒ＋ＶｉｚＲｏｌｌ系統(tǒng)只用時(shí)２ｓ。因此，ＸＤＭＸ技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化ＸＤ－ＭＸ技術(shù)有心無(wú)力。ＳＡＧＥ是由美國(guó)芝加哥大學(xué)電子可視化實(shí)驗(yàn)室（ＥＶＬ）開(kāi)發(fā)，采用圖像流架構(gòu)實(shí)現(xiàn)百萬(wàn)級(jí)別以上的顯示像素能力的協(xié)同科研可視化環(huán)境，用于高清視頻和圖像的可視化研究。ＳＡＧＥ的軟件相對(duì)單一，它所支持的軟件均需要在ＳＡＧＥ函數(shù)庫(kù)支持下
【作者單位】： 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算地球動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2010AA012402) SinoProbe-07-01(0841042G02)
【分類號(hào)】：P3;TP393.09

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2516716