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MATLAB科学计算工作站配置方案

  一、 MATLAB应用软件介绍
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,典型应用如下:

PIC1 数值分析、数值和符号计算、工程与科学绘图

PIC2 控制系统的设计与仿真

PIC3 数字图像处理

PIC4 通讯系统设计与仿真

PIC5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。

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。

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。

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。
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
Gisdom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。
Gisdom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。
参考配置
方案1 入门级图形工作站
Gisdom T630 工作站


方案2 高性价比图形工作站
Gisdom T930 工作站


方案3 全能型图形工作站
Gisdom T990顶级图形工作站


方案4 图形图像型工作站
Gisdom G990 GPU工作站