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Modèles de programmation et outils de performances pour les supercalculateurs de demain

Une initiative de l’UE examine divers enjeux logiciels pour prendre en charge les systèmes hétérogènes et surpuissants, et aider les développeurs d’applications de calcul à haute performance (HPC).

Économie numérique

Les systèmes HPC, qui sont de plus en plus utilisés dans des applications couvrant pratiquement toutes les industries et tous les secteurs, ont connu de nombreux changements dans leur conception architecturale au cours des dernières années afin de faire face à l’hétérogénéité des futurs supercalculateurs exascales. Il est essentiel de disposer de modèles de performance et d’outils de simulation précis, rapides et évolutifs pour évaluer les différentes architectures d’accélérateurs matériels tels que les unités de traitement graphique ou les réseaux de portes programmables sur site, les systèmes de mémoire hétérogènes (y compris les mémoires non volatiles et persistantes) et les réseaux. Comme mentionné dans un communiqué de presse , le projet EPEEC, financé par l’UE, se penche sur cette question après avoir «compilé cinq composants logiciels mis au point par des institutions de recherche et des sociétés européennes pour affiner et développer son environnement de programmation». Le projet EPEEC axe ses travaux sur divers aspects des logiciels considérés comme essentiels pour le HPC, notamment l’efficacité d’exécution, la modularité, la sensibilisation à l’énergie, la composabilité/interopérabilité et la productivité des programmeurs. L’idée est qu’EPEEC fournisse une génération automatisée de directives de compilation pour les applications, créant ainsi un niveau élevé de productivité de codage avec un ensemble d’outils qui exploiteront toute la puissance du matériel émergent. Les développeurs pourront utiliser leur langage de programmation de prédilection (C, Fortran ou C++), ainsi que des modèles de programmation d’accélérateurs (OpenMP, OpenACC, CUDA, OpenCL). Ils pourront également choisir entre un modèle de mémoire partagée globale ou un modèle de mémoire partagée distribuée. Outre la productivité élevée du codage, un autre objectif d’EPEEC est d’atteindre des performances élevées, de façon à permettre un environnement de programmation avec toutes les fonctionnalités pertinentes à un niveau de préparation technologique (TRL) 8 pour les systèmes actuels pré-exascale et au TRL 4 (technologie validée en laboratoire) pour les plateformes exascales. Un des objectifs d’EPEEC en matière de sensibilisation à l’énergie consiste en une gestion efficace et consciente de l’énergie de l’hétérogénéité du matériel, tant en termes de composants de traitement que de sous-systèmes de mémoire. Dans l’ensemble, EPEEC vise à simplifier le développement de logiciels d’application pour les systèmes à grande échelle et à échelle extrême.

Applications

Comme expliqué dans le même communiqué de presse, cinq applications représentant différents domaines scientifiques sont couvertes par EPEEC. Il s’agit de AVBP (dynamique des fluides et combustion), DIOGENeS (nanophotonique / nanoplasmonique), OSIRIS (physique des plasmas), Quantum ESPRESSO (sciences des matériaux) et SMURFF (sciences de la vie). «Issus de différents domaines et couvrant des scénarios à haute intensité de calcul, à haute intensité de données et à données extrêmes, ils constituent d’excellents partenaires de co-conception et seront exploités en tant que démonstrateurs pré-exascales.» Sur le site web du projet, il est expliqué que: «AVBP est un solveur 3D Navier-Stokes pour les écoulements réactifs compressibles multiphases sur des grilles multiéléments non structurées.» Le site web ajoute qu’AVBP est utilisé pour la recherche et le développement aéronautique en Europe et au Canada dans les institutions publiques, ainsi qu’au Centre européen de recherche et de formation avancée en informatique scientifique, partenaire industriel d’EPEEC. «DIOGENES (DIscOntinuous GalErkin Nanoscale Solvers) est une suite logicielle dédiée à la nanophotonique et à la nanoplasmonique informatiques», ajoute le site. OSIRIS implique la simulation de «processus non linéaires et cinétiques qui se produisent au cours des interactions entre des particules de haute intensité et un faisceau laser plasma», précise encore ce site. Quantum ESPRESSO fait référence à une suite intégrée de codes informatiques open-source pour le calcul de structures électroniques et la modélisation de matériaux à l’échelle nanométrique. Toujours selon le même site, «SMURFF (Scalable Matrix Factorization Framework) est une implémentation à haute performance de plusieurs techniques de factorisation matricielle». La factorisation matricielle est une méthode d’apprentissage machine courante utilisée dans les systèmes de référence, comme les livres pour Amazon ou les films pour Netflix. Les travaux d’EPEEC (European joint Effort towards a Highly Productive Programming Environment for Heterogeneous Exascale Computing) seront utiles dans divers domaines comme les soins de santé et le développement de médicaments, la modélisation du climat, les prévisions météorologiques et l’énergie. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet EPEEC

Pays

Espagne

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