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      成功案例

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      中国气象局
      北京市动物疫病预防与控制中心
      中国地震局地质研究所

      北京信息职业技术学院

      1、方案概述

      近年来,随着科学技术的发展,数字动画的应用领域日益扩大,并由此带来一些列社会效益和经济效益。在电影行业、电视片头和电视广告、科学计算和工业设计、模拟教育和娱乐、及虚拟现实和3D Web的应用比较多。在电影业应用之一就是动画影片制作一些脍炙人口的三维和二维动画影片,都是计算机创造出来的;之二就是数字特效,即“电脑特效”,随着电影业的不断发展,计算机动画技术将更多的被采用。

      在当今时代,广告在我们生活中可谓无孔不入,计算机动画制作出精美神奇的视觉效果,创作出精美绝伦的广告作品,计算机都能制作出来。

      利用计算机动画技术,可以将科学计算结果转换为几何图形或图像信息在屏幕上显示出来,以便分析和交互处理,在一些复杂的航天研究和工程设计中,利用计算机动画技术进行模拟分析、从而达到设计可靠的目的,减少重大损失。

      跟美国、日本等动漫大国相比,我国动漫产业还处于初级发展阶段,产业分工十分粗糙,动漫制作和渲染没有完全分开,规模小,应用杂,手工操作、人工管理还普遍存在,几乎处于“刀耕火种”的状态。

      本实验室建设是数字动画设计的实训基地,为学生提供良好的动漫制作环境;培养更多的动漫人才,更好的服务于电影、电视、工业设计、及虚拟现实和3D应用行业,为学生提供很好的学习实训的机会。

      2、用户需求分析

      在以往的动漫制作中,渲染往往耗费大量的时间和资源,因此已成为了影响动漫制作效率的重要因素,分布式动漫渲染系统是一个动漫渲染服务平台,它能够实施高效大规模的渲染。

      随着3D、4D电影的兴起和高清动漫趋热,动漫渲染的运算量呈几何倍数增长,由高性能计算(HPC)集群构成的“渲染农场”成为大规模动漫制作的主流选择。

      在渲染过程中,无论是3D动画软件还是2D图像合成都需要耗费大量的渲染时间。如果用工作站(单路双核处理器)承担渲染工作,一部2K分辨率的普通CG电影,渲染时间大约在每帧1小时左右,如果要达到4K、6K的高清分辨率,一帧画面的渲染时间可能在10小时以上。而且,在渲染计算过程中制作人员无法使用工作站进行其他工作。

      渲染农场以高性能计算集群为基础,将海量的渲染任务分割成若干份,交由网络中分布的多台服务器共同运算,最终存储到一个指定的目录里,由制作人员调用。在上述案例中,假设用单台工作站(单路双核处理器)进行渲染,采用2K分辨率,如果每帧渲染时间在2个小时左右,则仅仅一分钟的电影就需要120天的渲染时间!而如果采用渲染农场,将一分钟的渲染任务分发到60台服务器(双路四核处理器)上,12小时左右就可以完成工作,而且不会占用制作时间。

      我国高性能计算技术的快速发展和应用,为我国动漫产业的兴起和兴旺带来了强劲的助推动力,为不同规模的动漫应用提供了多样化的平台选择为动漫生产从前期设计到中后期制作的全业务流程,打造了涵盖测试、部署优化以及运维的整体解决方案,用户在不同环节遇到的存储、I/O、软件兼容性问题将得到一体化解决,高性能计算集群的应用效能将得到最大化发挥。

      3、集群方案

      北京信息职业技术学院需要建立一套动画渲染调度集群,供研究使用。整个集群基于IA架构的服务器,运行Linux和Windows操作系统。

      1、硬件平台设计

      至成在本次方案中对于硬件平台做了以下设计:

      服务器的处理器种类选择:目前服务器Intel提供的CPUXeon 5500系列服务器处理器有双核和四核两种。同样主频的四核处理器性能大约是双核处理器的1.5倍,性价比更好。同时如果采用四核处理器,在达到同样理论峰值的情况下,需要的计算节点数量就要少一些。直接带来的好处是服务器和网络设备成本下降,同时系统整体功耗下降。对于动画渲染调度集群来说,功耗往往是和性能同样重要的考虑方面,它直接影响未来系统的用电成本。因此,一般戴尔推荐采用Intel Xeon5500系列四核处理器来搭建本次硬件计算平台。

      计算网络的选择:由于用户应用的计算类型不需要很多的内部IO交换和低的IO延时,因此对于动画渲染调度的计算网络,我们推荐采用千兆以太网络。

      IO网络的选择:由于用户的应用瓶颈主要在IO上,因此从性能和管理上考虑,对于IO网络,我们推荐采用高性能的万兆以太网络。

      存储的选择:建议用户采用高性能的SAN存储,提升整体的IO性能

      节点数量的选择:整个集群的计算节点为112个,管理节点2个,IO节点为7个。

      综上考虑,整个动画渲染调度集群系统硬件平台包含下面几个主要部分:

      计算节点:112个刀片服务器,刀片机箱;

      管理节点:2台2U机架式服务器;

      IO节点:7台2U机架式服务器通过SAN方式访问存储,配置两台Brocade SW300E光钎存储交换机,提供链路冗余,并保证在未来需要更多IO节点服务器连接至SAN存储的需求

      存储:采用FC SAN存储,配置三个硬盘扩展柜,第一个硬盘扩展柜配置15块450GB(15K)FC4硬盘,提供6.75TB的RAW容量,第二三个磁盘扩展柜各配置15块1TB(7.2K)SATAII硬盘,提供30TB的RAW容量;由于用户应用的特点,可能会产生大量的临时数据,和对IO的高性能要求,对于整个系统的数据存储来看,我们建议用户可以通过分层存储的方式,来提高整个系统的存储性能;首先将目前在运行的临时数据存储在每个计算节点的本地由2块146GB SAS硬盘组成的RAID0组中;其次将计算出的最终数据存放到通过IO节点所访问的由高性能FC4硬盘组成的RAID组中,同时在FC SAN上配置快照与Clone技术,将FC4硬盘上的数据同步到由高性价比SATAII硬盘组成的RAID组中,实现数据备份与归档。

      计算与IO网络:采用刀片服务器内置的第一台千兆交换机模块(背板带宽136GB)与每一个刀片的网口1连接,并且在每个交换机模块上添加两个万兆级联模块,级联至Force10的万兆核心交换机,两个IO节点服务器也外插万兆网卡,链接至核心交换机,这样整个IO网络也只有15条线缆,相比采用千兆网络链接方式120条链路而言,将大大减少用户维护的复杂性。并且能极大的提升IO节点的数据吞吐性能,另外该核心交换机最多支持144个的万兆以太网络,为将来的扩展做出准备。

      管理网络:采用刀片服务器内置的第二台千兆交换机模块(背板带宽136GB)与每一个刀片的网口2连接,并且在每个交换机模块上添加两个64G堆叠模块,将7个千兆交换机堆叠起来,这样整个管理网络也只有15条线缆,相比采用千兆网络链接方式120条链路而言,将大大减少用户维护的复杂性。

      2、软件部分包括:

      操作系统1套;

      集群管理软件1套;

      渲染调度软件1套。

      3、整个系统的拓扑结构图:

      4、实训室工作站

      实训室采用60台高性能配置的工作站,为学生提供学习和实训的终端。工作站的配置

      CPU:采用四核至强5400系列处理器2颗,

      内存:16G DDR2 800Mhz内存,

      硬盘: 1T 3.5吋 7200rpm 硬盘,

      光驱:16X DVD 光驱

      显卡:1.5G NVDIA Quadro FX4800显卡,

      接口:1394接口2个,USB接口 8 个,千兆网卡,

      显示器:24宽屏显示器

      4、图片



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