Opracowywanie nowego systemu, który pozwoli wykorzystać pełny potencjał superkomputerów
Dzięki zdolności do precyzyjnego przewidywania procesów w oparciu o symulacje, systemy HPC są coraz powszechniej wykorzystywane w wielu różnych zastosowaniach, obejmujących praktycznie wszystkie gałęzie przemysłu i sektory. Rozwój technologii HPC, która wymaga zaangażowania tysięcy równolegle pracujących procesorów, analizujących miliardy elementów danych w czasie rzeczywistym, wiąże się jednak z pewnymi wyzwaniami. Bardziej złożone wymagania związane z modelowaniem i symulacjami w badaniach naukowych oznaczają zapotrzebowanie na szybsze systemy HPC, które obecnie mogą wykonywać ponad sto biliardów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę (FLOPS). Kolejnym etapem są obliczenia eksaskalowe, które mają zapewniać obliczenia z prędkością co najmniej jednego eksaflopsa, czyli miliarda miliardów operacji na sekundę – poziom ten ma zostać osiągnięty do 2021 roku. Technologia eksaskalowa pozwoli na znacznie dokładniejsze, bardziej szczegółowe i zakrojone na szerszą skalę modelowanie i wykonywanie symulacji, niż jest to możliwe przy pomocy istniejących systemów. Jednak aby tak się stało, trzeba przezwyciężyć szereg trudności, a jedną z największych takich przeszkód jest wąskie w zakresie liczby operacji wejścia/wyjścia. Rozwiązaniu tego problemu poświęcony był finansowany przez Unię Europejską projekt NEXTGenIO. Na stronie projektu czytamy: „Obecne systemy potrafią szybko przetwarzać dane, jednak czynnikiem ograniczającym ich faktyczną prędkość jest to, jak szybko są w stanie odczytywać i zapisywać dane. Operacje odczytu i zapisu powodują duże straty czasu i energii w systemie. Poszerzenie, a ostatecznie wyeliminowanie tego wąskiego gardła znacznie zwiększyłoby wydajność i efektywność systemów HPC”. W ramach inicjatywy NEXTGenIO zaprojektowano i zbudowano prototypową platformę sprzętową, która pozwala radykalnie zwiększyć liczbę operacji wejścia/wyjścia w superkomputerach dzięki wykorzystaniu nowej technologii nieulotnej pamięci o dostępie swobodnym (NVRAM). Pamięć NVRAM może pobierać zapisane dane nawet w przypadku braku zasilania. Oprócz sprzętu, w projekcie opracowano również pełny pakiet oprogramowania, który został wdrożony w prototypie. Nowy system jest uważany za przełomowy, ponieważ może wypełnić lukę między pamięcią podręczną i masową. Dr Michèle Weiland z EPCC, centrum obliczeń superkomputerowych na pełniącym rolę koordynatora projektu NEXTGenIO Uniwersytecie w Edynburgu, podsumowuje założenia inicjatywy w wywiadzie udzielonym „Primeur Magazine”: „Celem projektu było możliwie jak najdalej idące zredukowanie wąskiego gardła dotyczącego liczby operacji wejścia/wyjścia w symulacjach wykonywanych przy pomocy technologii HPC, i to nie tylko w przypadku tradycyjnych symulacji HPC, ale także nowych zastosowań dotyczących intensywnego wykorzystania i analizy danych. Chodziło o to, by wykorzystać tę nową technologię pamięci do wyeliminowania luki w wydajności pomiędzy DRAM [dynamiczną pamięcią o dostępie swobodnym] a zwiększeniem mocy, oraz stworzyć warstwę pomiędzy nimi”.
System gotowy do pracy
Dr Weiland dodaje, że system opracowany w ramach projektu NEXTGenIO (Next Generation I/O for Exascale) będzie działał przez 3 lata. W tym samym wywiadzie Adrian Jackson z EPCC mówi: „Mamy teraz stabilny i funkcjonalny system oraz jakieś dwa lub trzy lata, by go dobrze wykorzystać. Czeka nas dużo pracy związanej z optymalizacją aplikacji oraz zbadaniem, jak użytkownicy będą z nich korzystać i jak zareaguje na nie branża”. W komunikacie prasowym w serwisie „HPCwire” przedstawiono kilka przypadków użycia systemu HPC w projekcie. Jednym z nich jest Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF), będące partnerem inicjatywy. „Dzięki wykorzystaniu platformy NEXTGenIO, ECMWF potwierdziło możliwość wyprowadzania danych do nowej klasy pamięci i znacznego zwiększenia wydajności”. Więcej informacji: strona projektu NEXTGenIO
Kraje
Zjednoczone Królestwo
