Update der Grenze der Exascale-Softwareentwicklung an der University of Delaware

Die Summit-Supercomputersimulation zeigt das Prinzip der Wakefield-Laserelektronenbeschleunigung, einem Laserpuls, der eine Elektronenplasmawelle bildet

Vor der geplanten Auslieferung von Amerikas erstem Exascale-Supercomputer Frontier in diesem Jahr an das Oak Ridge National Laboratory arbeitet ein internationales Team von Softwareentwicklern unter der Leitung eines Professors an der Universität von Delaware an einer Anwendung für Plasmaphysik.

Ein Artikel gestern in der Universität veröffentlicht UDaily von Tracey Bryant Details in Arbeit von Sunita Chandrasekaran von UD, Assistenzprofessorin für Computer- und Informationswissenschaft, mit ihrem Team, das als eines von acht an Bewerbungen für arbeitet Rand, ein HPE-Cray-System mit AMD-Prozessoren und GPUs.

Die derzeit in der Entwicklung befindliche plasmaphysikalische Anwendung PIConGPU (Particle in Cell) wurde entwickelt, um schnell Simulationen für Plasmabeschleuniger der nächsten Generation (Partikelbeschleuniger) zu generieren, die für die Weiterentwicklung der Strahlentherapie bei Krebs und die Erweiterung der Verwendung von Röntgenstrahlen zur Untersuchung der Struktur. Materialien.

“DR. Das PIConGPU-Team von Chandrasekaran ist eine Elitegruppe, die sich über viele Regionen, wissenschaftliche Bereiche und Hintergründe erstreckt “, sagte Dr. Nicolas Malaya, technischer Leiter von Advanced Micro Devices (AMD) für Exascale Centers of Excellence. “Ich gehe davon aus, dass diese Anwendung von diesem Team bedeutende wissenschaftliche Ergebnisse in den Bereichen Informatik, Hochleistungsrechnen und Plasmaphysik liefern wird.”

Bryants Artikel enthält eine Fragestunde mit Chandrasekaran. Hier einige Auszüge:

Q.: Wie läuft das Projekt?

Chandrasekaran: Ziemlich fantastisch. Wir freuen uns, Zugriff auf die neuen AMD Instinct MI100-Beschleunigerkarten (Data Center GPU) zu haben. Wir haben die vollständige PIConGPU auf diesen neu veröffentlichten Boards ausgeführt und in unseren Studien mit einer einzelnen GPU einen 1,4-fachen Geschwindigkeitsanstieg gegenüber dem MI60 beobachtet. Das ist vielversprechend und gibt uns viel zu erwarten, für Prozessoren der nächsten Generation und GPUs für Frontier.

AMD Instinct MI100 GPU

Das Team verwendet Beschleunigerkarten wie diese von Advanced Micro Devices (AMD), um die Verarbeitung von Plasmasimulationen zu beschleunigen und andere intensive Berechnungen durchzuführen.

Q.: Wenn man sich diese beiden Supercomputing-Titanen ansieht, wie vergleicht man die Geschwindigkeit von Frontier mit der von Summit?

Chandrasekaran: Ich spreche mit meinem Mitarbeiter, Dr. Alexander Debus (verantwortlich für Advanced Systems Understanding Center [CASUS] am HZDR, einem in Deutschland ansässigen Forschungslabor, half mir, einige Beobachtungen zu machen – Simulationen wie unsere mit PIConGPU, die auf dem Summit zwei Monate dauern würden, könnten auf Frontier eine Woche dauern. Dies bedeutet auch, dass wir jetzt mehrere 10 Millionen Zeitschrittsimulationen auf Frontier ausführen können (jeder Zeitschritt würde ungefähr 50 Millisekunden dauern). Zeitschritt-Simulationen ermöglichen es uns, den Betrieb des Stromversorgungssystems des Computers in stündlichen Abständen bis zu Tausendstelsekunden zu analysieren.

Q.: Wer sind Ihre Mitarbeiter und wie sieht die Fusion eines internationalen Teams aus?

Chandrasekaran: Meine Mitarbeiter kommen von ORNL, HZDR, CASUS und dem Georgia Institute of Technology. Ich habe die Hälfte meines Teams nicht persönlich getroffen, aber ich habe das Gefühl, dass wir seit Jahren zusammenarbeiten. Wir sind jetzt eine kleine Familie. Bitte hinschauen diese Webseite für mehr Details.

Lehrer. Sunita Chandrasekaran

Alle paar Monate stellen wir sicher, dass die Vision und die gemeinsamen Ziele des Teams sowie das Projekt besprochen werden, um sicherzustellen, dass die kurz- und langfristigen Ziele gut aufeinander abgestimmt sind CAAR (Kostenanalyse und -auflösung) Ergebnisse. Dies ist besonders wichtig für ein internationales Team wie unser. Die meisten Gespräche und Chats werden vor dem Planen eines Gruppentelefonats per E-Mail / Slack gehasht, da zwischen den USA und Deutschland mehr als ein paar Stunden Zeitunterschied bestehen.

Q.: Was ist für Sie der aufregendste / lohnendste Aspekt des Projekts?

Chandrasekaran: Ich glaube, das ist die interdisziplinäre Komponente dieses Projekts. Es ist faszinierend darüber nachzudenken, Computerkonzepte auf eine reale wissenschaftliche Anwendung anzuwenden. Ich freue mich auch, dass unsere enge Zusammenarbeit dazu geführt hat, dass dieses Projekt von Dr. Michael Bussmann (CASUS im HZDR, Deutschland) finanziert wurde. Dies ist mein erstes international finanziertes Verbundprojekt.

Q.: In welchen Bereichen wird Frontier voraussichtlich den größten Einfluss haben? Erwarten Sie, dass Frontier beispielsweise die zukünftige Virusforschung vorantreibt?

Chandrasekaran: Ich glaube schon, besonders wenn wir uns in der Phase der Integration von Hochleistungsrechnern (HPC), künstlicher Intelligenz (KI) und Datenwissenschaft befinden. Mit den enormen Rechenressourcen, die Frontier bietet, werden jetzt groß angelegte (und schnelle) Simulationen möglich, die noch vor wenigen Jahren nicht vorstellbar waren. Nicht nur die Virusforschung, sondern auch diese Rechenfähigkeiten sind für Studien wie die Suche nach einem Heilmittel für die Alzheimer-Krankheit oder die Untersuchung des Klimawandels von größter Bedeutung.

Q.: Wie tragen UD-Studenten zur Anstrengung bei?

Chandrasekaran: Meine Promotion. Der Student Matt Leinhauser arbeitet seit seiner Gründung an diesem Projekt. Dank der Betreuung durch mich und mein CAAR-Team (insbesondere Rene Widera, Sergei Bastrakov und den ehemaligen CAAR-Verbindungsbeamten Ronnie Chatterjee) konnte Matt zwei technische Dokumente zu Profilern zusammenstellen – dies sind Tools, die die identifizieren Teile des Computerprogramms, die die meiste Rechenzeit benötigen. Wir haben bisher NVIDIA verwendet nvprof und Nsight Profiling-Tools zur Vertiefung des Codes. Das HZDR lud Matt auch ein, den letzten Winter (Januar 2020) mit ihnen zu verbringen, was eine lohnende Gelegenheit war, als er noch in seinem ersten Jahr der Promotion war. Programm.

Q.: Was ist am Horizont?

Chandrasekaran: Mit Unterstützung des Frontier Center of Excellence-Teams werden wir mit Early-Access-Systemen zum PIConGPU-Port gehen und die Anwendung für Frontier vorbereiten, die sich im Aufbau befindet. In den nächsten Schritten werden wir daran arbeiten, PIConGPU auf Early-Access-Systemen zu optimieren und die Simulationen weiter zu beschleunigen.