Silniejszy ekosystem dla superkomputerów Mont-Blanc opartych na architekturze ARM
Procesory oparte na architekturze ARM są ważnym elementem na europejskiej drodze do stworzenia własnych systemów obliczeniowych o wysokiej wydajności (high-performance computing, HPC). Mając na uwadze ten potencjał, UE sfinansowała badania w ramach projektów Mont-Blanc. Pierwszy z nich zakończył się opracowaniem dużego prototypu opartego na procesorach ARM bazującego na ponad 1000 mobilnych układów SoC. Zespół uczestniczący w projekcie MONT-BLANC 2 skupił się głównie na ulepszaniu oprogramowania. Po raz pierwszy rozszerzono i skonsolidowano ekosystem opracowany w ramach projektu Mont-Blanc: wszystkie biblioteki naukowe i systemy uruchomieniowe przeniesiono na architekturę ARMv8 – pierwszą 64-bitową architekturę ARM. Opracowano również kompletny ekosystem narzędzi programistycznych, na przykład do debugowania, analizy wydajności, przewidywania wydajności i automatycznej optymalizacji jądra. Ulepszono techniki tolerancji i odporności na awarie dla technologii opartych na systemach, opracowano nowe architektury, określono szanse rynkowe zakupu platform, a także udostępniono architekturę obliczeniową Mont-Blanc środowisku naukowemu. Prototypy stworzone w ramach projektu zostały przekazane grupie użytkowników końcowych z różnych sektorów przemysłu – był to kluczowy krok w kierunku przyszłej eksploatacji komercyjnej. „Wykorzystanie własności intelektualnej ARM (intellectual property, IP) jest bardzo pozytywnie postrzegane nie tylko przez Komisję Europejską, ale również przez wiele wiodących organizacji w europejskiej społeczności HPC” – mówi Filippo Mantovani, pracownik naukowy w Centrum Superkomputerowym w Barcelonie i koordynator techniczny projektu MONT-BLANC 2. „Nowoczesne platformy obliczeniowe mają znaczne ograniczenia mocy, a rynek charakteryzuje się dużą wrażliwością na zużycie energii. Czołowa pozycja architektury ARM na tym rynku może przyczynić się do ograniczenia zużycia energii w systemach HPC nowej generacji. Ponadto model biznesowy ARM oparty na licencjonowaniu praw własności intelektualnej w celu dostarczania rozwiązań dostosowanych do potrzeb klienta w określonych sektorach rynku zapewnia nam większą elastyczność niż „monolityczny” system rozbudowy/wdrażania typowy dla HPC” – kontynuuje. Oprócz ekosystemu narzędzi, obsługującego zarówno platformy oparte na architekturze ARM, jak i modele programowania OpenMP/OmpSs oparte na zadaniach, i większej odporności wspomnianej powyżej, projekt przewiduje również planowanie z uwzględnieniem efektywności energetycznej za pomocą trzech dedykowanych algorytmów, a także wprowadzenie pięciu miniklastrów – zestawów platform złożonych przy użyciu dostępnych na rynku zestawów programistycznych w przeciwieństwie do prototypów wykonywanych na zamówienie. Od prototypu do produktu rynkowego Wraz z zakończeniem projektu MONT-BLANC 2 konsorcjum rozpoczęło już realizację kolejnego projektu MONT-BLANC 3, którego celem jest „wykorzystanie rezultatów dwóch poprzednich projektów Mont-Blanc w celu stworzenia holistycznego podejścia w odniesieniu do systemów HPC nowej generacji”. Potwierdzono, że prototyp Mont-Blanc 3 będzie wykorzystywał procesory ARM ThunderX2 firmy Cavium, a jego węzły obliczeniowe będą opierały się na platformie HPC Bull Sequana firmy Atos i będą wykorzystywały infrastrukturę Bull Sequana do zarządzania klastrami, siecią, zasilaniem i chłodzeniem. „Marka Bull, obecnie należąca do grupy Atos, jest jednym z historycznych partnerów konsorcjum. Od samego początku marka Bull opracowywała system prototypów, stosując te same procesy, które normalnie wykorzystywane są w komercyjnych systemach Bull, w celu zaprojektowania systemu, który można produkować na skalę przemysłową” – wyjaśnia Mantovani. Od wczesnych etapów projektu wszystkie działania były prowadzone z myślą o produkcji przemysłowej i rozszerzeniu akceptacji architektury ARM w społeczności HPC. W styczniu na zakończenie projektu MONT-BLANC 2 odbył się warsztat „ARM: on the road to HPC”, w którym wzięło udział około 120 osób. Konsorcjum GW4 Alliance przedstawiło uczestnikom Isambard – system HPC oparty na tych samych procesorach, co prototyp Mont-Blanc 3. Prace nad tym systemem są prowadzone przez Uniwersytet w Bristolu, który jest także partnerem projektu MONT-BLANC 2. Czy ten kierunek doprowadzi do przejęcia rynku HPC przez procesory ARM? „Społeczność HPC ma tradycyjnie konserwatywne podejście do nowych technologii, takich jak ARM, czy modele programistyczne zaproponowane w ramach projektu. Jednakże coraz większa obecność architektury ARM na rynku oraz na wydarzeniach branżowych wynagradza nasze wysiłki związane z wdrożeniem tej technologii w sektorze HPC” – podsumowuje Mantovani.
Słowa kluczowe
MONT-BLANC 2, HPC, ARM, procesor, superkomputer, algorytm, prototyp, programowanie
