世界のスーパーコンピュータとそれを動かす人々


8月 28, 2014

グラフを介したエクサスケールアプリケーションの進化

HPCwire Japan

Tiffany Trader

アプリケーションが膨大な規模と並列性を活用することができない場合、高価なexaflopのコンピューティング•マシンを構築するために数少ないポイントがある。exaflopクラスのスーパーコンピュータを検討することは、数億規模の並列性を示し、計算はエネルギー消費量、発熱量、およびデータ移動によって制限されることになる。このレベルの複雑さは、アプリケーション開発の進歩を妨げるのに十分であり、開発プロセスの簡素化が統合されたエクサスケール戦略の重要な部分であることの理由である。

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この正式なCNCグラフは、ホワイトボード上に描かれたLULESHの初期スケッチから開発され、優れたソフトウェア設計手法を具体化した。

エクサスケールに向けてアプリケーションを進化させることは、Pacific Northwest国立研究所のデータ集約型科学コンピューティング•グループの主要な目的のひとつである。そこの科学者たちは、タスクとデータの並列処理を組み合わせた並行コレクション(CNC) 、グラフプログラミングモデルに基づく正式な設計プロセスを確立するために取り組んでいる。

彼らの仕事を強調する短い記事の中で、グループは「アプリケーション開発者からエクサスケールシステムの操作を支える複雑さを隠すことが、次世代スーパーコンピュータを設計するチームが直面する重要な課題となっています。」と言う。タスクとデータの並列処理を組み合わせることにより、科学者たちはこの重要な目標に向けて進んでいる。

チームは、モデルが完全なCNC仕様での流体力学(対象が力を受けた際に互いに関連する材料の運動)のLivermore Unstructured Lagrangian Explicit Shock Hydrodynamics(LULESH)の代理アプリケーションコードを変換するために彼らの技術を使用した。仕様では、将来のexaflop級システムの、大規模な並列処理と電力節約機能を利用するパラダイムを使用して実装し、実行することができる。

「実装上の問題からデータの獲得と制御依存性と計算の分割は、正式なプロセスを開発することによって、エクサスケールシステムの複雑さを隠すことができ、劇的な開発コストを削減し、自動性能最適化のためのチャンスを増やします。」とPNNL研究ハイライトからの記事は説明する。

試行錯誤をしてコード生成に時間を要する方法の代わりに、CNC仕様はソフトウェアコンポーネント間のデータフローの要約で始める。その次のステップは、分析と並列処理の最適化、エネルギー効率、データ移動、および故障のための見込みを形式化する。LULESHにおけるCNCモデルの場合、チームはアプリケーションワークショップで考えられたホワイトボードのスケッチとともに始めた。機能的知識を持つ分野の専門家が、元来の評価のためアプリケーションロジックを提供した。スケッチは、 PNNLの科学者が静的解析を行い、最適化技術を適用し、そしてバグを特定した時点で、正式なグラフに転換した。よって、一般的に開発とテストプロセスに関連するいくつかのコストが任意のコードが書かれる前に減少した。

「グラフとしての科学的アプリケーションの形式化は、非常に重要で啓発的です。」とPNNLの適応型スーパーコンピュータソフトウェアセンターのディレクターでデータ集約型科学コンピューティンググループを率いるJohn Feo博士は述べている。「アプリケーション開発のための自然で明白な道筋を提供することに加えて、私たちは、計算ステップがさらに実装された前に加えられた明瞭さで取り組みことができた通信と最適化の問題を認識しました。」

LULESHコードはより小さな部分にセグメント化され、それぞれ正式なCNC手続きに対応する。その後、LULESHコードはその正確さを評価するためにアプリケーションを実行する前にCnCステップ内に含まれた。

CnCアプリケーション手法は今、第2のソフトウェアコードで、最適化、アーキテクチャおよびアルゴリズム研究のための別の小さな幾何学的マルチグリッドベンチマークのMiniGMGに適用されている。PNNLのデータ集約型科学コンピューティンググループはまた、他のチューニングモデルを開発し、評価するためにLULESHを使って行っている。

この研究は、エクサスケールソフトウェアスタックアプリケーションに対応するために産業界と学術界、DOE共同デザインセンターが結集したTraleika Glacier X-Stackプログラムの一環として実施された。Traleika GlacierチームにIntel、Delaware大学、ET International、貯水池研究所、Illinois 大学Urbana-Champaign校、Rice大学、カリフォルニア大学、サンディエゴ大学およびPNNLが含まれている。