Superkomputery przyczynią się do rozwiązania ogólnoświatowych wyzwań
Oczekuje się, że w ciągu kilku najbliższych lat eksaskalowe przetwarzanie danych, w których obliczenia kwintylione (1018) można wykonywać w każdej sekundzie, stanie się standardem w superkomputerach. Zdumiewający sukces zastosowania technik symulacji in silico (przeprowadzanych na komputerze) dla wysoce złożonych problemów naukowych i handlowych powoduje zwiększenie zapotrzebowania na duże, szybkie i wysokowydajne systemy obsługujące duże obciążenia. W ramach projektu DEEP i jego kontynuacji DEEP-ER (Dynamical Exascale Entry Platform / – Extended Reach), realizowanych przez 20 partnerów z dziesięciu krajów europejskich, opracowano prototypy komputera w celu wdrożenia innowacyjnej koncepcji Cluster-Booster. Złożone części programu z ograniczonym paralelizmem są wykonywane w rozwiązaniu Cluster, a rozwiązanie Booster obsługuje wysoko sparalelizowane części o dużej wydajności energetycznej. Obliczenia z turbodoładowaniem "Prototypy DEEP są bardzo elastyczne i mają dużo wspólnego z silnikiem z turbodoładowaniem", wyjaśnia kierownik projektu, Estela Suárez. "Zostały zaprojektowane w celu uzyskania optymalnej wydajności i energooszczędności, zapewniając jednocześnie łatwość obsługi. Tę ostatnią właściwość osiągnięto, zapewniając pełny systemowy stos oprogramowania oraz standardowe środowisko programistyczne dla naszych użytkowników". W celu dalszego prowadzenia wspólnych prac projektowych dla platformy sprzętowo-programowej wybranych zostało jedenaście naukowych i inżynierskich aplikacji odzwierciedlających przyszłe wymagania obliczeniowe eksaskali. Mowa tu o symulacji mózgu, badaniach w dziedzinie klimatu, radioastronomii, obrazowaniu sejsmicznym dla przemysłu petrochemicznego oraz narażeniu człowieka na działanie pola elektromagnetycznego. Wśród typowych przyszłych użytkowników mogą zatem znaleźć się neurobiolodzy, astronomowie, meteorolodzy, sejsmolodzy, fizycy, projektanci samolotów, inżynierzy samochodów i przedstawiciele wielu innych zawodów, ponieważ koncepcja ta powstała, aby zaspokoić potrzeby różnych typów aplikacji. Podczas gdy w pierwszym projekcie (DEEP) skoncentrowano się na powołaniu do życia prototypu jako dowodu słuszności koncepcji podejścia Cluster-Booster, ambitne prace badawczo-rozwojowe projektu DEEP-ER skupiły się na ulepszeniu stosu oprogramowania oraz wykorzystaniu innowacyjnych technologie pamięci. DEEP-ER dostarczył ważnych dodatkowych paralelnych układów wejścia-wyjścia (I/O) w celu zwiększenia przepustowości. Podjęto również działania zwiększające elastyczność komputerów za pomocą wielopoziomowego punktu kontrolnego i ponownego uruchomienia mechanizmu chroniącego dane przed utratą i awarią urządzenia. Kluczowym czynnikiem pozwalającym osiągnąć te cele było silne podejście do współprojektowania. Eksperci ds. oprogramowania systemu prowadzili ścisłą współpracę z zespołem odpowiedzialnym za sprzęt, aby wykorzystać innowacyjny, wielopoziomowy system pamięci na rzecz układów I/O oraz odporności. Ponadto zespół programowy pełnił rolę łącznika z użytkownikami końcowymi, tak by mogli oni w sposób efektywny wykorzystać innowacyjne technologie. Przykładowo współpraca z partnerem ASTRON nad aplikacją radioastronomiczną zaowocowała zaskakującą poprawą wydajności pod względem układów I/O, dzięki zastosowaniu jednej z innowacyjnych technologii pamięci wdrożonych w projekcie DEEP-ER. Wyniki osiągnięte w ramach projektu DEEP-ER obejmują kompletny stos HPC i demonstrują w sposób zaskakujący innowacyjny potencjał europejskich uniwersytetów, ośrodków badawczych, a także europejskiego przemysłu i MŚP. Zgłębianie tematyki superkomputerów W kolejnej edycji projektu DEEP, DEEP-EST ("DEEP – Extreme Scale Technologies"), która rozpoczęła się w lipcu 2017 r. i potrwa do połowy 2020 r., zaplanowano realizację superkomputera modułowego. W projekcie DEEP-EST nastąpi generalizacja podejścia Cluster-Booster w celu stworzenia wyjątkowego systemu HPC łączącego kilka modułów obliczeniowych w jednym urządzeniu. Każdy z modułów to układ wielowęzłowy dopasowany do potrzeb określonej grupy aplikacji — zarówno tradycyjnych aplikacji HPC, kodów HPDA (wysokowydajnej analizy danych) czy aplikacji wykorzystujących duże ilości danych Użytkownicy będą mogli mieszać i łączyć zasoby udostępnione przez moduły i w ten sposób skonfigurować własny superkomputer zgodnie z zasadą modułów konstrukcyjnych. EU przeznaczyła łącznie blisko 30 milionów euro na realizację projektów DEEP, DEEP-ER i DEEP-EST.
Słowa kluczowe
Superkomputer, HPC, wysokowydajne komputery, DEEP, DEEP-ER, eksaskala DEEP-EST, Cluster-Booster, superkomputer modułowy, wydajność energetyczna, prototyp, bezpośrednie chłodzenie wodą, środowisko programistyczne, aplikacje
