Všechno, co jste chtěli vědět o superpočítači Salomon a podílu Intelu na ostravském projektu.


15. září byl v Ostravě oficiálně spuštěn superpočítač Salomon. Samotná akce se odehrála za poměrně velkého zájmu médií, nicméně pojďme se na projekty Národního superpočítačového centra IT4Innovations podívat trochu techničtěji, než kam jdou v této souvislosti vydávané tiskové zprávy. A samozřejmě nás bude speciálně zajímat role společnosti Intel, která s IT4Innovations spolupracuje zdaleka nejen jako dodavatel. IT4Innovations se nedávno stala např. také součástí center Intel Parallel Computing Center.

 

Salomon a Anselm

Superpočítač Salomon, nástupce staršího stroje Anselm, sídlí v prostorách Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava. Názvy ostravských superpočítačů, Salomon a Anselm, souvisejí s historií místního hornictví a vzešly z veřejných anket. Podle žebříčku Top500 je Salomon v současnosti 14. nejvýkonnějším počítač v Evropě a 40. na světě; disponuje teoretickým výpočetním výkonem 2 petaflopů. Ve srovnání se starším počítačem Anselm to znamená výkon asi 20násobný, což – při jiném srovnání – odpovídá řádově desítkám tisíc současných notebooků.


Další technické parametry systému jsou následující: Řešení SGI ICETM X – 1 008 výpočetních uzlů s 24192 výpočetními jádry Intel Xeon (Haswell-EP) a 129 TB operační paměti RAM. Obsahuje 864 Intel Xeon Phi 7120 koprocesorových karet s 52 704 jádry a 13,8 TB paměti RAM (Salomon je údajně nejvýkonnější stroj s tímto typem koprocesorů v Evropě). Jinak řečeno: Salomon má celkem 1 008 výpočetních uzlů, z čehož 576 jsou běžné výpočetní uzly a 432 jsou akcelerované výpočetní uzly, každý se dvěma koprocesory Intel Xeon Phi.


Diskovou kapacitu představují 2 petabajty a 3 petabajty páskové kapacity pro zálohování. Hmotnost počítače je 30 tun, cena 275 milionů Kč. Dodavatelem systému jako celek byla společnost SGI, celý výpočetní výkon zajišťují produkty Intelu.


11807251_961953933846937_5453120363856875713_o[1].jpg

Zdroj: IT4Innovations

 

Jaké byly důvody pro volbu konkrétních technologií? Procesory Intel Xeon si v IT4I dle vlastního vyjádření vybrali pro příznivý poměr cena/výkon, navíc jde o univerzální technologii široce podporovanou dodavateli softwaru.


V případě koprocesorů Intel Xeon Phi zase v IT4I oceňují vysoký výpočetní  výkon při nízké spotřebě energie. Tyto procesory se hodí zejména k masivně paralelním výpočtům, a lze proto předpokládat, že tato technologie bude v blízké budoucnosti ve světě HPC dominovat, takže je rozumné vsadit právě na ni.

 

Co se týče role společnost SGI jako dodavatele, nabízí se samozřejmě otázka, nakolik je dnes superpočítač unikátní řešení a nakolik prostě „seskládaný výkon standardních komponent na jednom místě“. Dle vyjádření IT4I je odpověď někde mezi. Salomon je unikátní produkt vyrobený a konfigurovaný na míru požadavků IT4I. Jednotlivé komponenty jsou nicméně standardními produkty společnosti SGI a jejích subdodavatelů; totéž pak logicky platí i pro nejnižší úroveň (kromě procesorů i disky, síťové prvky apod.).

 

Benchmarky pro procesory

Intel ovšem s centrem IT4Innovations nespolupracuje zdaleka jen jako dodavatel procesorů. Kapacity centra se využívají např. i pro testování nových procesorů Intelu. V loňském roce se v IT4Innovations testovaly právě uváděné procesory Haswell EP. Zde se uplatnil právě starší superpočítač Anselm, protože ten je založen na procesorech Intel Sandy Bridge EP, takže mohlo být provedeno srovnání. Testy se zaměřovaly na složité algoritmy pro řešení inženýrských úloh (např. v automobilovém průmyslu) a na syntetické testy ověřující maximální zatížení a efektivitu spotřeby energie vzhledem k výpočetnímu výkonu. Experti z IT4Innovations prokázali, že při správném využití dosahují nové procesory architektury Haswell až 3krát vyšší rychlost než starší procesory architektury SandyBridge. V IT4Innovations byl pro testování vytvořen i vlastní benchmark; protože nové procesory Intelu byly navrženy pro cloudová a výpočetně náročná prostředí, právě vyhodnocení z IT4Innovations odpovídá cílovému trhu.

 

V IT4Innovations se plánuje také zpřístupňování nových technologií uživatelům (to se má týkat zejména řešení Cloudera pro analýzu velkých objemů dat) i v oblasti školení a vzdělávání na pořádání seminářů a workshopů pro efektivní využití pořízených technologií. Tyto školící aktivity jsou přístupné veřejnosti.


Xeon.JPG

 

Grant na paralelní systémy

Národní superpočítačové centrum IT4Innovations letos v srpnu získalo rovněž od společnosti Intel výzkumný grant. Stalo se tak 51. členem skupiny center Intel Parallel Computing Center a současně teprve druhým zástupcem z východní Evropy. Po dobu dvou let bude pomocí tohoto grantu financován výzkum skupiny vědců, kteří se zabývají vývojem algoritmů a knihoven pro vysoce paralelní stroje. Tyto algoritmy budou zároveň optimalizovány pro nejnovější superpočítačové technologie od Intelu. Grant IPCC souvisí se superpočítačem Salomon jen nepřímo, nicméně Salomon je hlavní infrastrukturou, na které se projekt bude realizovat, a to jak díky jeho velikosti, tak výpočetním technologiím, kterými disponuje.


Tisková zpráva vydaná u této příležitosti mj. praví. „Hlavní výzkumné aktivity Intel PCC při IT4I jsou rozděleny do dvou pilířů: vývoj vysoce paralelních algoritmů a knihoven a podpora komunitních HPC kódů. Pilíř vývoje algoritmů a knihoven pro vysoce paralelní stroje se zabývá iteračními řešiči pro řídké systémy. Ty v kombinaci s vhodnými předpodmiňovači a doménovou dekompozicí jsou přínosné pro řešení obrovských úloh na desítkách tisíc výpočetních uzlů vybavených Intel Xeon Phi koprocesory. Tyto řešiče se stanou součástí na IT4I vyvíjené knihovny ESPRESO (ExaScale PaRallel FETI SOlver). ESPRESO pak bude v rámci podpory již zavedených komunitních kódů propojeno se dvěma z nich Elmerem a OpenFOAMem.“

 

HPC computing, paralelní systémy a další technologie vyvíjené v Ostravě v rámci IPCC ovšem představují speciální kategorii IT. I mnoho profesionálů z praxe i lidí s příslušným akademických vzděláním může předcházející řádky o iteračních řešičích a předpodmiňovačích vnímat poněkud jako sled ne zrovna srozumitelných pojmů.

 

Takže jejich vysvětlení (nepovinné, neb může stejně snadno vyvolat i další otázky) přímo z IT4I:

  • Iterační řešiče slouží k přibližnému řešení soustav lineárních rovnic Ax=b (x je hledané řešení). Základní princip metod spočívá v opakování matematických úkonů - iterací - do chvíle, kdy je splněno vybrané ukončovací kritérium. Na pozadí takového řešiče vystupuje matice systému A, která obecně pro n neznámých obsahuje n na 2 prvků. Řídké systémy se vyznačují tím, že výrazná část prvků matice A je nulová. Ty není potřeba ukládat, čímž lze výrazně snížit nároky na paměť počítače.
  • Předpodmiňovače: Vyřešení soustavy lineárních rovnic s požadovanou přesností vyžaduje určitý počet iterací. Je-li soustava rovnic předpodmíněná, namísto původní soustavy se řeší pomocný systém, který má stejné řešení, avšak počet iterací a i čas výpočtu je nižší.
  • Metody rozložení oblasti (doménová dekompozice): V současné době nelze na samostatném počítači vyřešit soustavu rovnic o miliardách neznámých. Lze však využít tzv. metody rozložení oblasti, které daný problém rozdělí na menší podproblémy, ty se pak řeší samostatně na několika počítačích.
  • Knihovna ELMER, založena na metodě konečných prvků (MKP), slouží k řešení multifyzikálních inženýrských problému. Díky podpoře metod rozložení oblasti lze ELMER krom použití na běžných PC nasadit také na moderní superpočítače a řešit tak rozsáhlé problémy.
  • OpenFOAM (Open Field Operation and Manipulation) je otevřený software založený na metodě konečných objemů s rozsáhlou komunitou napříč vědními obory. Knihovna je alternativou ke komerčním produktům, umožňující řešení problematiky proudění tekutin (CFD – computational fluid dynamics) se zahrnutím chemických reakcí, turbulencí a přenosu tepla.

 

HPC computing: ekonomický růst

To, že se superpočítač nachází v Ostravě, není náhoda, protože by neměl být provozován zdaleka pouze jako akademický projekt, ale měl by přispět k udržení a konkurenceschopnosti průmyslu na severní Moravě. Dostupnost výpočetního výkonu má být obdobná dostupnosti jakékoliv technologie/infrastruktury, tj. sama o sobě podporovat inovace, technologický rozvoj i ekonomický růst.

Technická univerzita Ostrava otevřela v této souvislosti také nový doktorský studijní program Výpočetní vědy. Jedná se o v ČR zatím ojedinělý program zaměřený na problematiku vysoce náročných výpočtů - High Performance Computing. Garantem programu je logicky právě IT4Innovations.