High Performance Computing (HPC) wird auch „Big Compute“ genannt und nutzt zahlreiche CPU- oder GPU-basierte Computer, um komplexe mathematische Aufgaben zu lösen.High Performance Computing (HPC), also called "Big Compute", uses a large number of CPU or GPU-based computers to solve complex mathematical tasks.
HPC wird in vielen Branchen zur Lösung besonders anspruchsvoller Aufgabenstellungen eingesetzt.Many industries use HPC to solve some of their most difficult problems. Beispiele für Workloads wären etwa:These include workloads such as:
Einer der Hauptunterschiede zwischen einem lokalen HPC-System und einem HPC-System in der Cloud besteht darin, dass Ressourcen dynamisch nach Bedarf hinzugefügt und entfernt werden können.One of the primary differences between an on-premises HPC system and one in the cloud is the ability for resources to dynamically be added and removed as they're needed. Dank der dynamischen Skalierung ist die Computekapazität kein Engpass mehr, und Kunden können ihre Infrastruktur optimal auf die Anforderungen ihrer jeweiligen Aufgaben abstimmen.Dynamic scaling removes compute capacity as a bottleneck and instead allow customers to right size their infrastructure for the requirements of their jobs.
Weitere Informationen zur dynamischen Skalierung finden Sie in den folgenden Artikeln:The following articles provide more detail about this dynamic scaling capability.
Beschäftigen Sie sich zunächst mit folgenden Aspekten, bevor Sie Ihre eigene HPC-Lösung in Azure implementieren:As you're looking to implement your own HPC solution on Azure, ensure you're reviewed the following topics:
Ein HPC-System basiert auf einer Reihe von Infrastrukturkomponenten.There are a number of infrastructure components necessary to build an HPC system. Compute, Speicher und Netzwerk werden immer benötigt – ganz gleich, für welche HPC-Workloadverwaltung Sie sich entscheiden.Compute, Storage, and Networking provide the underlying components, no matter how you choose to manage your HPC workloads.
Für eine HPC-Architektur in Azure gibt es zahlreiche Gestaltungs- und Implementierungsmöglichkeiten.There are a number of different ways to design and implement your HPC architecture on Azure. HPC-Anwendungen können auf tausende von Computekernen skaliert werden, lokale Cluster erweitern oder als vollständig cloudbasierte Lösung ausgeführt werden.HPC applications can scale to thousands of compute cores, extend on-premises clusters, or run as a 100% cloud-native solution.
In den folgenden Szenarien werden einige gängige Ansätze für HPC-Lösungen beschrieben.The following scenarios outline a few of the common ways HPC solutions are built.
Stellen Sie eine SaaS-Plattform (Software-as-a-Service) für computergestützte Entwicklung (Computer-Aided Engineering) in Azure bereit.Provide a software-as-a-service (SaaS) platform for computer-aided engineering (CAE) on Azure.
Führen Sie Simulationen numerischer Strömungsmechaniken (Computational Fluid Dynamics, CFD) in Azure aus.Execute computational fluid dynamics (CFD) simulations on Azure.
Ausführen nativer HPC-Workloads in Azure mithilfe des Azure Batch-DienstsRun native HPC workloads in Azure using the Azure Batch service
Azure bietet eine Reihe von Größen, die sowohl für CPU- als auch für GPU-intensive Workloads optimiert sind.Azure offers a range of sizes that are optimized for both CPU & GPU intensive workloads.
Virtuelle Computer der N-Serie verfügen über NVIDIA-GPUs für rechen- oder grafikintensive Anwendungen wie KI-Lernen und Visualisierung.N-series VMs feature NVIDIA GPUs designed for compute-intensive or graphics-intensive applications including artificial intelligence (AI) learning and visualization.
Herkömmliche Clouddateisysteme sind den Anforderungen, die umfangreiche Batch- und HPC-Workloads in puncto Datenspeicherung und -zugriff haben, nicht gewachsen.Large-scale Batch and HPC workloads have demands for data storage and access that exceed the capabilities of traditional cloud file systems. Es gibt eine Reihe von Lösungen, um den Geschwindigkeits- und Kapazitätsbedarf von HPC-Anwendungen in Azure zu verwalten.There are a number of solutions to manage both the speed and capacity needs of HPC applications on Azure
Weitere Informationen sowie einen Vergleich von Lustre, GlusterFS und BeeGFS in Azure finden Sie im E-Book Parallele Dateisysteme in Azure und im Blog Lustre in Azure.For more information comparing Lustre, GlusterFS, and BeeGFS on Azure, review the Parallel Files Systems on Azure e-book and the Lustre on Azure blog.
Virtuelle Computer vom Typ „H16r“, „H16mr“, „A8“ und „A9“ können beispielsweise eine Verbindung mit einem Back-End-RDMA-Netzwerk mit hohem Durchsatz herstellen.H16r, H16mr, A8, and A9 VMs can connect to a high throughput back-end RDMA network. Dieses Netzwerk kann die Leistung eng gekoppelter paralleler Anwendungen unter Microsoft MPI oder Intel MPI verbessern.This network can improve the performance of tightly coupled parallel applications running under Microsoft MPI or Intel MPI.
Ein von Grund auf neu erstelltes HPC-System in Azure bietet zwar ein hohes Maß an Flexibilität, ist aber häufig sehr wartungsintensiv.Building an HPC system from scratch on Azure offers a significant amount of flexibility, but is often very maintenance intensive.
Falls Sie bereits über ein lokales HPC-System verfügen, das Sie mit Azure verknüpfen möchten, steht Ihnen eine Reihe von Ressourcen zur Verfügung, die Sie bei den ersten Schritten unterstützen.If you have an existing on-premises HPC system that you'd like to connect to Azure, there are a number of resources to help get you started.
Lesen Sie zunächst den Artikel Auswählen einer Lösung zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem lokalen Netzwerk und Azure in der Dokumentation.First, review the Options for connecting an on-premises network to Azure article in the documentation. Anschließend können Sie sich mit den folgenden Konnektivitätsoptionen beschäftigen:From there, you may want information on these connectivity options:
Diese Referenzarchitektur zeigt, wie Sie ein lokales Netzwerk auf Azure ausdehnen, indem Sie ein VPN (virtuelles privates Netzwerk) zwischen Standorten verwenden.This reference architecture shows how to extend an on-premises network to Azure, using a site-to-site virtual private network (VPN).
ExpressRoute-Verbindungen nutzen eine dedizierte private Verbindung über einen Drittanbieter für die Konnektivität.ExpressRoute connections use a private, dedicated connection through a third-party connectivity provider. Die private Verbindung erweitert Ihr lokales Netzwerk auf Azure.The private connection extends your on-premises network into Azure.
Implementieren Sie eine hochverfügbare und sichere Site-to-Site-Netzwerkarchitektur, die ein virtuelles Azure-Netzwerk und ein lokales Netzwerk mit ExpressRoute-Verbindung und VPN-Gatewayfailover umfasst.Implement a highly available and secure site-to-site network architecture that spans an Azure virtual network and an on-premises network connected using ExpressRoute with VPN gateway failover.
Nachdem Sie eine zuverlässige Netzwerkverbindung hergestellt haben, können Sie mit den Burstfunktionen Ihres bereits vorhandenen Workload-Managers mit der bedarfsabhängigen Nutzung von Cloud Computing-Ressourcen beginnen.Once network connectivity is securely established, you can start using cloud compute resources on-demand with the bursting capabilities of your existing workload manager.
Im Azure Marketplace wird eine Reihe von Workload-Managern angeboten.There are a number of workload managers offered in the Azure Marketplace.
Bei Azure Batch handelt es sich um eine Plattform zur Ausführung umfangreicher paralleler und leistungsstarker Anwendungen (High Performance Computing, HPC) in der Cloud.Azure Batch is a platform service for running large-scale parallel and high-performance computing (HPC) applications efficiently in the cloud. Azure Batch plant die Ausführung rechenintensiver Aufgaben mit einem verwalteten Pool virtueller Computer und kann Computeressourcen automatisch skalieren, um den Anforderungen Ihrer Aufträge gerecht zu werden.Azure Batch schedules compute-intensive work to run on a managed pool of virtual machines, and can automatically scale compute resources to meet the needs of your jobs.
SaaS-Anbieter oder Entwickler können die Batch-SDKs und -Tools verwenden, um HPC-Anwendungen oder Containerworkloads in Azure zu integrieren, Daten in Azure bereitzustellen und Pipelines für die Auftragsausführung zu erstellen.SaaS providers or developers can use the Batch SDKs and tools to integrate HPC applications or container workloads with Azure, stage data to Azure, and build job execution pipelines.
Azure CycleCloud ist die einfachste Möglichkeit, HPC-Workloads mit einem beliebigen Planer (etwa Slurm, Grid Engine, HPC Pack, HTCondor, LSF, PBS Pro oder Symphony) in Azure zu verwalten.Azure CycleCloud Provides the simplest way to manage HPC workloads using any scheduler (like Slurm, Grid Engine, HPC Pack, HTCondor, LSF, PBS Pro, or Symphony), on Azure
CycleCloud ermöglicht Folgendes:CycleCloud allows you to:
Unten sind Beispiele für Cluster- und Workload-Manager angegeben, die in der Azure-Infrastruktur ausgeführt werden können.The following are examples of cluster and workload managers that can run in Azure infrastructure. Erstellen Sie eigenständige Cluster auf Azure-VMs, oder führen Sie aus einem lokalen Cluster einen Burst-Vorgang auf Azure-VMs durch.Create stand-alone clusters in Azure VMs or burst to Azure VMs from an on-premises cluster.
Einige HPC-Workloads können auch mithilfe von Containern verwaltet werden.Containers can also be used to manage some HPC workloads. Mit Diensten wie Azure Kubernetes Service (AKS) können Sie ganz einfach einen verwalteten Kubernetes-Cluster in Azure bereitstellen.Services like the Azure Kubernetes Service (AKS) makes it simple to deploy a managed Kubernetes cluster in Azure.
Für die Verwaltung Ihrer HPC-Kosten in Azure gibt es mehrere Möglichkeiten.Managing your HPC cost on Azure can be done through a few different ways. Ermitteln Sie anhand der Azure-Kaufoptionen die Methode, die am besten für Ihre Organisation geeignet ist.Ensure you've reviewed the Azure purchasing options to find the method that works best for your organization.
Eine Übersicht über bewährte Sicherheitsmethoden in Azure finden Sie in der Dokumentation zur Azure-Sicherheit.For an overview of security best practices on Azure, review the Azure Security Documentation.
Neben den im Cloudbursting-Abschnitt verfügbaren Netzwerkkonfigurationen können Sie bei Bedarf auch eine Hub-Spoke-Konfiguration implementieren, um Ihre Computeressourcen zu isolieren:In addition to the network configurations available in the Cloud Bursting section, you may want to implement a hub/spoke configuration to isolate your compute resources:
Bei einem Hub handelt es sich um ein virtuelles Netzwerk (VNET) in Azure, das als zentraler Konnektivitätspunkt für Ihr lokales Netzwerk fungiert.The hub is a virtual network (VNet) in Azure that acts as a central point of connectivity to your on-premises network. Bei Speichen handelt es sich um VNETs, die eine Peerverbindung mit dem Hub herstellen und zur Isolierung von Workloads verwendet werden können.The spokes are VNets that peer with the hub, and can be used to isolate workloads.
Diese Referenzarchitektur basiert auf der Hub-Spoke-Referenzarchitektur, um gemeinsame Dienste in den Hub einzubinden, die von allen Spokes genutzt werden können.This reference architecture builds on the hub-spoke reference architecture to include shared services in the hub that can be consumed by all spokes.
Führen Sie benutzerdefinierte oder kommerzielle HPC-Anwendungen in Azure aus.Run custom or commercial HPC applications in Azure. Für mehrere Beispiele in diesem Abschnitt wurden Benchmarks erstellt, um eine effiziente Skalierung mit zusätzlichen virtuellen Computern oder Computekernen zu ermöglichen.Several examples in this section are benchmarked to scale efficiently with additional VMs or compute cores. Besuchen Sie den Azure Marketplace, um auf Lösungen zuzugreifen, die sofort bereitgestellt werden können.Visit the Azure Marketplace for ready-to-deploy solutions.
Hinweis
Informieren Sie sich bei Verwendung kommerzieller Anwendungen beim jeweiligen Hersteller über lizenzbedingte oder anderweitige Einschränkungen für die Ausführung in der Cloud.Check with the vendor of any commercial application for licensing or other restrictions for running in the cloud. Nicht alle Hersteller bieten ein nutzungsbasiertes Lizenzmodell an.Not all vendors offer pay-as-you-go licensing. Unter Umständen benötigen Sie für Ihre Lösung einen Lizenzserver in der Cloud oder eine Verbindung mit einem lokalen Lizenzserver.You might need a licensing server in the cloud for your solution, or connect to an on-premises license server.
Erstellen Sie mithilfe von Citrix eine VDI-Umgebung für Linux-Desktops in Azure.Build a VDI environment for Linux Desktops using Citrix on Azure.
Azure wird bereits von zahlreichen Kunden mit großem Erfolg für HPC-Workloads genutzt.There are a number of customers who have seen great success by using Azure for their HPC workloads. Im Anschluss finden Sie einige Kundenreferenzen:You can find a few of these customer case studies below:
Die neuesten Ankündigungen finden Sie hier:For the latest announcements, see:
Die folgenden Tutorials enthalten ausführliche Informationen zum Ausführen von Anwendungen in Microsoft-Batch:These tutorials will provide you with details on running applications on Microsoft Batch
