Leistungsfähigeres Software-Ökosystem für ARM-basierte Supercomputer des Mont-Blanc-Projekts
ARM-basierte Prozessoren sind ein wesentlicher Fortschritt auf Europas Weg zur Selbstbestimmung im wissenschaftlichen Hochleistungsrechnen (high-performance computing, HPC). Angesichts des enormen Potenzials dieser Entwicklungen förderte die EU Forschungen im Rahmen der MONT-BLANC-Projekte. Dabei wurde im ersten Durchlauf ein großer ARM-basierter Prototyp mit mehr als 1.000 Mobil-SoCs erfolgreich installiert. Schwerpunkt von MONT-BLANC 2 war im Wesentlichen die Verbesserung der Software. Das von MONT-BLANC entwickelte Software-Ökosystem wurde zunächst erweitert und konsolidiert: alle wissenschaftlichen Bibliotheken und Runtime-Systeme wurden auf ARMv8 - die erste 64-Bit-ARM-Architektur – portiert. Dann wurde ein komplettes Ökosystem für Entwicklungs-Tools wie Debugging, Performanceanalysen und -vorhersagen sowie automatisierte Kerneloptimierung entwickelt. Dabei wurden Fehlertoleranz und Techniken zum Schutz vor Systemausfällen bei systembasierten Gütertechnologien verbessert, neue Architekturen entwickelt, Marktchancen für neue Plattformen identifiziert und die Mont-Blanc-Rechenarchitektur für die Forschung zur Verfügung gestellt. Schließlich wurden die Prototypen des Projekts zum Testen an mehrere industrielle Endanwender übergeben - ein wichtiger Schritt in Richtung Markteinführung. "Dass IP-Rechte (geistiges Eigentum) für ARM festgelegt wurden, wird nicht nur von der Europäischen Kommission, sondern auch von vielen führenden Organisationen der europäischen HPC-Community ausgesprochen positiv bewertet", sagt Filippo Mantovani, Forscher am Supercomputing Center von Barcelona und technischer Koordinator von MONT-BLANC 2. "Im Vergleich zu den erheblichen Leistungseinschränkungen moderner Computing-Plattformen ist für eingebettete Systeme der Stromverbrauch ein wesentlicher Faktor, und die Dominanz von ARM in diesem Markt kann uns helfen, den Stromverbrauch bei der nächsten Generation von HPC-Systemen zu senken. Zudem bietet uns das ARM-Geschäftsmodell, das IP-Lizenzen für kundenorientierte Lösungen in spezifischen Marktsegmenten vergibt, mehr Flexibilität als das "monolithische" Entwicklungs-/Deployment-System von HPC", fährt er fort. Neben dem Tools-Ökosystem - das sowohl ARM-basierte Plattformen als auch die auftragsorientierten Programmiermodelle von OpenMP/OmpSs unterstützt - und dem oben erwähnten besseren Schutz vor Systemausfällen fördert das Projekt auch Energieeffizienz bei drei dedizierten Algorithmen und die Einrichtung von fünf Mini-Clustern. Mini-Cluster sind Plattformen, die mit serienmäßigen Entwicklungskits statt mit kundenspezifischen integrierten Prototypen gebaut werden. Vom Prototypen bis zur Markteinführung Nach dem Abschluss von MONT-BLANC 2 wird das Konsortium nun im Rahmen von MONT-BLANC 3 die "Ergebnisse aus den vorherigen beiden Stufen von MONT-BLANC in einem holistischen Ansatz für HPC-Systeme der nächsten Generation zusammenführen". Der Prototyp von MONT-BLANC 3 wird mit ARM ThunderX2 CPUs von Cavium ausgerüstet, während die Rechenknoten auf der Bull-Sequana-Plattform von Atos für HPC basieren werden. Für Cluster-Management, Netzwerk, Stromversorgung und Kühlung wird die Infrastruktur von Bull-Sequana genutzt. "Bull, die inzwischen zur Atos-Gruppe gehören, sind seit langem Partner des Konsortiums. Von Anfang an entwickelte Bull das Prototypensystem entsprechend den Prozessen, die auch für die kommerziellen Systeme von Bull verwendet werden. Daraus sollte ein System hervorgehen, das auf industriellen Maßstab skaliert werden kann", erklärt Mantovani. Bereits in den frühen Phasen des Projekts wurde vor allem den Anforderungen der Industrie Rechnung getragen und darauf hingearbeitet, die HPC-Community von der ARM-Architektur zu überzeugen. Zum Abschluss organisierte MONT-BLANC 2 im Januar den Workshop "ARM: on the road to HPC", an dem rund 120 Gäste teilnahmen. Die GW4 Alliance stellte dem Publikum Isambard vor, ein HPC-System, das mit denselben CPUs arbeitet wie der Prototyp von MONT-BLANC 3. Die Entwicklung wird von der Universität Bristol geleitet, einem weiteren Partner von MONT-BLANC 2. Könnten diese dynamischen Entwicklungen dazu führen, dass ARM den HPC-Markt übernimmt? "Die HPC-Community ist neuen Technologien wie ARM oder den im Projekt entwickelten Programmiermodellen gegenüber generell konservativ eingestellt. Allerdings motiviert uns die immer stärkere Präsenz von ARM auf diesem Markt und auf HPC-Messen doch enorm, diese Technologie für HPC weiterzuentwickeln", schließt Mantovani.
Schlüsselbegriffe
MONT-BLANC 2, HPC, ARM, Prozessor, Supercomputing, Algorithmus, Prototyp, Programmierung
