W kierunku superkomputerów: projekt UE podnosi efektywność energetyczną wysokowydajnych technologii obliczeniowych
Eksaskalowe komputery, tak zwane superkomputery przyszłości, to maszyny, które będą w stanie przeprowadzać co najmniej 10 trylion operacji na sekundę. Tempo pracy w eksaskali jest niewyobrażalne i oferuje szanse na transformacyjny postęp w energetyce, bezpieczeństwie narodowym, środowisku i gospodarce, a także w zakresie podstawowych zagadnień badawczych. Jednak na drodze do eksaskali stoi wiele złożonych wyzwań, a jednym z nich jest zużycie energii. Partnerzy dofinansowanego z budżetu 7PR projektu EXA2GREEN podjęli to wyzwanie i opracowują całkowicie nowy paradygmat energoświadomych obliczeń i metodologii programowania na potrzeby obliczeń eksaskalowych. Interdyscyplinarny zespół EXA2GREEN, w którego skład weszli eksperci ds. wysokowydajnych technologii obliczeniowych (HPC) z Hiszpanii, Niemiec i Szwajcarii, koncentruje się na trzech głównych zadaniach: po pierwsze, opracować narzędzia do pomiaru wydajności i zużycia energii w czasie wykonywania obliczeń; po drugie, przeanalizować istniejące, powszechnie wykorzystywane jądra obliczeniowe i opracować nowe, energooszczędne algorytmy; wreszcie, zoptymalizować model klimatyczny o wysokiej złożoności obliczeniowej, aby osiągnąć znaczne obniżenie zużycia energii w symulacjach klimatycznych. W przypadku tego ostatniego zadania EXA2GREEN korzysta z modelu prognozowania pogody COSMO-ART jako przykładu intensywnej symulacji, którego obecny profil zużycia energii daleki jest od optymalnego. Zespół zrealizował już dwie trzecie projektu, czyniąc znaczące postępy. Partnerzy EXA2GREEN opracowali narzędzie do analizy wydajności i strat mocy w równoległych zastosowaniach naukowych. Dzięki niemu naukowy i technicy będą ostatecznie w stanie identyfikować źródła braku wydajności mocy i optymalizować kod aplikacji. Członkowie zespołu przygotowali także precyzyjne modele charakterystyki i prognozowania zależności czas-moc-energia kilku podstawowych jąder obliczeniowych oraz przestudiowali ślad energetyczny i profil wydajnościowy COSMO-ART na różnych platformach HPC. Prof. Vincent Heuveline, koordynator projektu EXA2GREEN z Uniwersytetu w Heidelbergu, kładzie nacisk na wagę współpracy w kontekście poczynionych osiągnięć. Jak zauważa: „W skład naszego interdyscyplinarnego konsorcjum projektowego wchodzą partnerzy specjalizujący się w wysokowydajnych technologiach obliczeniowych (HPC), informatyce, matematyce, fizyce i inżynierii. Partnerzy wnoszą swoje specjalistyczne kompetencje do współpracy nad zagadnieniami badawczymi”. Jednak praca nad EXA2GREEN nie obyła się bez problemów – jak wyjaśnia prof. Heuveline: „Aktualne architektury komputerów w dużych systemach HPC zużywają olbrzymie ilości energii. Niezwykle trudnym może okazać się sprawdzenie i poznanie wszystkich możliwych pochłaniaczy mocy w tych platformach. Aby zyskać wgląd w zużycie mocy przez aplikacje, stosujemy dwa typy urządzeń do pomiaru mocy – zewnętrzne i wewnętrzne mierniki mocy – i gromadzimy dodatkowe informacje z czujników sprzętowych. Dzięki połączeniu danych z różnych pomiarów otrzymujemy szczegółowy obraz zużycia mocy”. Na ostatni rok realizacji projektu planowanych jest wiele dalszych działań. Jednym z kolejnych kroków będzie wykorzystanie wiedzy nabytej na pierwszym etapie projektowania energoświadomych zastosowań niektórych z rozważanych algorytmów. Zespół wykorzysta także strukturę pomiaru wydajności mocy do prac nad ewaluacją energii w systemie modelowym COSMO-ART oraz podejmie próbę zastosowania, wszędzie tam gdzie to możliwe, energoświadomych technik. Partnerzy EXA2GREEN są również przekonani, że ich prace wniosą cenny wkład w doskonalenie dzisiejszych maszyn i wypracowanie bardziej energooszczędnych obliczeń eksaskalowych. Prof. Heuveline stwierdza: „Poza oczywistą, nieodłączną wartością nowych, energoświadomych algorytmów, które są w stanie rozwiązać ten sam problem zużywając mniej energii, prowadzone prace są tak naprawdę niezwykle ważne w kontekście opracowania nowej, holistycznej wizji energoświadomych technologii obliczeniowych. Naszym celem jest nie tylko lepsze wykorzystanie dzisiejszych maszyn, ale także stymulowanie rozwoju przyszłej generacji sprzętu i algorytmów w odpowiednim kierunku, w stronę kolejnej generacji eksaskalowych superkomputerów”. Projekt EXA2GREEN jest częścią „Inicjatywy aktywizującej FET (przyszłe i powstające technologie): minimalizowanie zużycia energii obliczeniowej do granic możliwości”. Więcej informacji: http://exa2green-project.eu/
Kraje
Niemcy
