Europas Supercomputer benutzerfreundlich gestalten
Supercomputer stellen ein wichtiges Instrument für die europäische Wissenschaft und Industrie dar. Diese leistungsstarken Maschinen können das Klima der Erdklima simulieren, das menschliche Gehirn modellieren und innovative Produkte und Werkstoffe für die Industrie entwickeln. Ein typisches Hochleistungsrechensystem kombiniert die in allen Computern vorhandenen Zentraleinheiten mit spezialisierten Beschleunigern und einer Kombination aus Speichern und Speicheroptionen. Ein solcher aufeinander abgestimmter Ansatz steigert zwar die Leistung, aber die inhärente Komplexität erschwert es, Supercomputer zu nutzen. Ziel des Projekts DEEP-SEA war es, maßgeschneiderte frei zugängliche Software zu entwickeln und zu integrieren, um Forschenden und Unternehmen zu helfen, das Beste aus diesen leistungsstarken Maschinen herauszuholen. „Es ist besonders wichtig, dass Europa in die Verbesserung von Softwarepaketen für Supercomputer investiert, um seine heterogenen Hochleistungsrechensysteme besser zu unterstützen“, sagt Estela Suarez, Leiterin der Abteilung für neuartige Systemarchitekturen am Forschungszentrum Jülich in Deutschland und Projektkoordinatorin von DEEP-SEA. „Das war also unser Ziel: ein fortgeschrittenes Softwarepaket für europäische Hochleistungsrechensysteme (Pre und Exa) bereitzustellen.“
Der Ansatz von DEEP-SEA
Stellen Sie sich einen Computer mit einer riesigen Anzahl separater Gehirne und verschiedener Arten von Speicher vor. DEEP-SEA sollte sicherstellen, dass alle diese Teile nahtlos zusammenarbeiten, komplexe Berechnungsaufgaben immer auf die ressourceneffizienteste Weise lösen und die Daten immer an der besten Stelle platzieren, damit dies gelingt. Dem Projektkonsortium gehörten 14 europäische Partner an, die jeweils eigenes Fachwissen einbrachten. Durch die Integration bestehender Instrumente und die Kombination ihrer Funktionalitäten konnten sie einen umfassenden Entwicklungsprozess durchführen, der durch kontinuierliches Co-Design bestimmt wurde, wobei in der Anwendungsentwicklung an realen Anwendungsfällen aus der europäischen Gemeinschaft für Hochleistungsrechnen gearbeitet wurde. Die DEEP-SEA-Software wurde um das Konzept der „Optimierungszyklen“ herum aufgebaut. Dabei handelt es sich um spezifische Ströme im Paket, die bestimmten Zielen dienen. So unterstützt der „modulare Hochleistungsrechen-Optimierungszyklus“ die Nutzenden bei der Auswahl der am besten geeigneten Rechenelemente und der entsprechenden Zuordnung ihrer Anwendungen zu einem modularen Hochleistungsrechensystem. Am Ende des Projekts hatte DEEP-SEA ein umfassendes, integriertes Softwarepaket für Hochleistungsrechnen bereitgestellt, der systemnahe Bibliotheken, Systemsoftware, Laufzeit, Programmierumgebungen und Instrumente zur Verbesserung der Leistung und Nutzbarkeit von Supercomputern mit gemischten Komponenten umfasste. Außerdem wurden im Rahmen des Projekts Dokumentations- und Schulungsunterlagen erstellt, um die Endnutzenden mit den Funktionen und Vorteilen der DEEP-SEA-Pakete und -Instrumente vertraut zu machen und ihnen bei der Navigation und der Entscheidung zu helfen, welche Instrumente sie je nach ihren individuellen Anwendungen und Zielen verwenden sollen.
Erwartungen übertreffen
Die Zusammenarbeit mit ähnlichen Projekten wie IO-SEA und RED-SEA erwies sich als noch besser als erwartet. Alle drei Projektteams arbeiteten nahtlos zusammen, integrierten ihre jeweiligen Ergebnisse und trugen dazu bei, jede Entwicklungslinie weiter voranzutreiben. Suarez erläutert die positiven Folgen dieser Zusammenarbeit: „Das große Ausmaß an technischer Arbeit, das sich aus dieser Erfahrung ergab, hatten wir nicht erwartet. Es war eine bereichernde Erfahrung für alle beteiligten Projekte.“ Infolgedessen wurden über DEEP-SEA in nur drei Jahren über 65 hochwertige wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht. Diese Leistung zeugt von der Qualität der durchgeführten Forschung und Entwicklung.
Zukunftsfähige Software
Das Projekt wurde mit Unterstützung des Gemeinsamen Unternehmens für europäisches Hochleistungsrechnen durchgeführt, einer Initiative, die zur Entwicklung eines Ökosystems für Hochleistungsrechnen und Quanteninformatik von Weltrang in Europa gegründet wurde. Auch wenn DEEP-SEA im März 2024 abgeschlossen war, ist die Arbeit noch lange nicht beendet. „Ein Softwarepaket ist nie wirklich fertig, und die Hardware-Entwicklungen müssen ständig modifiziert und verbessert werden, um mit dem Tempo der Veränderungen durch die Forschung am Hochleistungsrechnen Schritt zu halten“, schließt Suarez. Der eigentliche Erfolg des Projekts DEEP-SEA liegt in seinem langfristigen, partizipativen Ansatz. Durch die Kombination vorhandener Instrumente und Fachkenntnisse in der gesamten EU hat DEEP-SEA neue Funktionen für das Hochleistungsrechnen erschlossen, die zuvor nicht verfügbar waren, und den Weg für eine unkomplizierte, effiziente Nutzung der europäischen Supercomputer geebnet.
Schlüsselbegriffe
DEEP-SEA, Gemeinsames Unternehmen für europäisches Hochleistungsrechnen, Programmierumgebung, Co-Design, Exa, Softwarepaket, Ressourcen, effizient, Supercomputer, Hochleistungsrechnen
