I supercomputer promettono di affrontare urgenti questioni globali
Il calcolo su scala exa, in grado di eseguire trilioni (1018) di calcoli al secondo, si prospetta come lo standard dei supercomputer nei prossimi anni. Lo straordinario esito positivo dell’applicazione in silico (eseguita su computer) di tecniche di simulazioni a problemi scientifici e commerciali estremamente complessi ha conferito slancio alla domanda di sistemi grandi, rapidi e potenti, in grado di gestire il carico di lavoro intensivo che vi è implicato. I progetti DEEP e DEEP-ER (Dynamical Exascale Entry Platform / -Extended Reach), che hanno coinvolto 20 partner di dieci paesi europei, hanno costruito prototipi di computer per implementare l’innovativo concetto Cluster-Booster. Le parti complesse di un programma con parallelismo limitato vengono eseguite sul Cluster, mentre il Booster elabora le parti altamente parallelizzabili con alta efficienza energetica. Calcolo a turbocarica “I prototipi DEEP sono sistemi molto flessibili che hanno molto in comune con i motori a turbocarica,” spiega Estela Suárez, la responsabile del progetto. “Sono costruiti per essere efficienti in termini di prestazioni ed energetici, garantendo al contempo una facilità d’uso. Quest’ultima è ottenuta fornendo ai nostri utenti uno stack di software di sistema completo e un ambiente di programmazione conforme agli standard.” Per condurre la co-progettazione hardware/software sono state accuratamente selezionate ben 11 applicazioni scientifiche e ingegneristiche, rappresentative dei futuri requisiti del calcolo su scala exa. Queste includevano la simulazione del cervello, la ricerca sul clima, la radio-astronomia, l’immaginografia sismica per l’industria petrolifera e del gas, e l’esposizione umana ai campi elettromagnetici. I futuri utilizzatori potrebbero anche includere neuroscienziati, astronomi, meteorologi, sismologi, fisici, progettisti di aeroplani, ingegneri automobilistici e molti altri, dato che il concetto è concepito per soddisfare le esigenze di applicazioni di diverso tipo. Mentre nel primo progetto (DEEP) l’attenzione era concentrata sulla realizzazione di un prototipo come prova di concetto per l’approccio Cluster-Booster, le ambiziose soluzioni R&S di DEEP-ER si sono concentrate sul miglioramento dello stack software e l’utilizzo di tecnologie di memorizzazione innovative. DEEP-ER ha fornito un’ulteriore notevole capacità di Input/Output (I/O) per una maggiore elaborazione. Inoltre, ha reso più resiliente il supercomputer tramite un meccanismo multilivello di ripristino a partire dal punto di controllo, per proteggere dalla perdita di dati nel caso di eventuali guasti dell’hardware. Al centro di questi risultati c’era un approccio di forte co-progettazione. Gli esperti di software di sistema hanno lavorato a stretto contatto con il team dell’hardware per fornire il sistema di memorizzazione I/O multilivello e la resilienza. Oltre a tutto ciò, il team del software di sistema ha agito da collegamento con gli utenti finali, per garantire che siano in grado di usare in modo efficiente le nuove tecnologie innovative. L’applicazione di radio-astronomia del partner ASTRON, ad esempio, è riuscita a ottenere notevoli miglioramenti delle prestazioni rispetto all’I/O usando una delle innovative tecnologie di memorizzazione implementate da DEEP-ER. I risultati ottenuti in DEEP-ER riguardano l’intero stack HPC e dimostrano chiaramente il potenziale innovativo delle università europee, dei centri di ricerca e dell’industria e delle PMI europee. Approfondire il supercalcolo Più avanti nella tabella di marcia dei progetti DEEP c’è la realizzazione di un supercomputer modulare nell’ambito del progetto DEEP-EST (DEEP - Extreme Scale Technologies), avviato a luglio 2017 e che si concluderà a metà del 2020. DEEP-EST generalizzerà l’approccio di Cluster-Booster per creare un sistema HPC unico che riunisce vari moduli di calcolo in un’unica macchina. Ogni modulo è un sistema multinodo adattato alle esigenze di un gruppo specifico di applicazioni – che si tratti di applicazioni HPC tradizionali, codici HPDA (analisi dei dati ad alte prestazioni) o applicazioni ad alta intensità di dati. Gli utenti saranno in grado di mischiare e abbinare le risorse fornite dai moduli e quindi configurare il loro supercomputer personale secondo il principio dei building-block. L’UE ha contribuito con un totale complessivo di quasi 30 milioni di euro ai progetti DEEP, DEEP-ER e DEEP-EST.
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