OnDemandポータル、アカデミアおよび企業ユーザのHPCジョブを加速

Linda Barney

編集者注：この特別ゲスト投稿では、強力な HPC リソースの使用を容易にするためにオハイオ・スーパーコンピュータ・センターによって開発され、NASCAR を含む学術界や産業界で使用されている OnDemand と Open OnDemand の Web インターフェースの使用方法について説明しています。

歴史的にHPC コミュニティでは、システムコマンドを入力したり、ファイルやディレクトリを移動したり、プログラムを実行したりするために、コマンドライン・インターフェイスで作業を行ってきた。オハイオ・スーパーコンピュータ・センター（OSC）は重要な計算リソースの利用を促進するために、OSCにアクセスできる人なら誰でもOSCのスーパーコンピュータ・クラスタにログインして使用できるようにするための、アクセス可能なWebインタフェース、OnDemandを開発した。全米科学財団 (NSF) からの資金提供を受けて、OSC は Open OnDemand (OOD) と呼ばれるオープンソース版を作成し、研究機関や大学が独自の OnDemand のインスタンスを実行できるようにしてある。さらに、OSCはAweSim OnDemandと呼ばれる商用顧客向けの特別なOnDemandポータルを構築した。

	OSCは、強固な共有インフラストラクチャを用いて、学術研究コミュニティや産業界の計算機需要に対応している。写真はOSCのDell/Intel Owensクラスタ。 “Owens “は、1936年のオリンピックで4つの金メダルを獲得したJ.C. “Jesse” Owensの名前にちなんでいる。

OSCのオンデマンド・ハイパフォーマンス・コンピューティング環境には、Intel Xeonプロセッサをベースにしたクラスタが含まれている。OSCの最新システムであるPitzerは、Dellが構築したIntel Xeonプロセッサベースのクラスタである。学生や顧客がOSC OnDemandにログインすると、自分のコンピュータでは通常利用できない高度な処理能力を備えた大規模なワークロードを実行できるスーパーコンピュータを利用できるようになる。OSCクラスタ上で実行することで、データ分析中の洞察にかかる時間が短縮され、データ処理中のテラバイトあたりのコストが削減される。AweSim ユーザの一人である NASCAR は、TotalSim が開発したワークフローを使ってレースカーのシミュレーションを行っている。

OSC戦略プログラムのディレクターである Alan Chalker 博士によると、「OSC の OnDemand の背後にあるインスピレーションは 2 つあります。すべての他の技術においては、エンドユーザが簡単に技術と対話できるように、ウェブベースのユーザーインターフェースを開発していました。他の技術ではエンドユーザが簡単に技術を操作できるようにウェブベースのユーザーインターフェースが開発されていましたが、HPCにはウェブインターフェースが無いため、HPCの作業は使い勝手の面で遅れをとっているという認識がありました。科学者やエンジニアは、HPCを学ぶよりも、自分の専門分野の発展に時間を費やしたいと考えています。多くの学生は常にウェブベースのグラフィカル・ユーザー・インターフェース（GUI）を使用しており、ファイルシステム、ディレクトリ、コマンドライン入力について学ぶことに時間を割くことに興味がありません。使いやすいWebベースのインターフェースを開発することで、学生、商業クライアント、政府の研究者がOSCスーパーコンピュータクラスタシステムにアクセスできるように、参入障壁を下げることができます。」

HPCモデリングとシミュレーションを商用顧客が利用できるようにする

デスクトップコンピュータで一般的なCAD（Computer Aided Design）やCAE（Computer Aided Engineering）ソフトウェアを使用している設計者やエンジニアは、効率的に実行できるモデリングやシミュレーションに限界があることが多い。OSCは、OnDemandにアクセスすることで、商用のエンジニアリング会社や設計会社のパワーと処理速度が向上し、より詳細なモデルをより速く作成できるようになることに気付いた。

OSCは、モデリング・シミュレーション（M&S）の専門家と協力して、AweSim with M&S-as-a-serviceを開発した。このプログラムは、中小製造業（SMM）にシミュレーション主導の設計を提供し、イノベーションを強化し、経済競争力を強化するものである。

オハイオ・スーパーコンピュータセンターのビジネス開発マネージャーであるChase Eysterによると、「現在、マルチフィジックス、有限要素解析、構造/溶接工学、数値流体力学（CFD）の専門知識を持つ6つの商用エンジニアリングサービスプロバイダ（ESP）があり、学術研究、政府の非営利団体、その他の商用ユーザなど、さまざまなAweSimクライアントを支援しています。私たちは、HPCユーザを支援するための非常に深いベンチを持っていると感じています。」

TotalSim USの役員である Ray LetoとNaethan Eaglesは、プロバイダグループの一員である。「TotalSim は、OSC OnDemand の最大のユーザの 1 つであり、CFD の専門家でもあります。LetoとEaglesは、OSCシステムの膨大な量の作業を行い、技術的な問題を支援し、顧客が使用するためのモデリングとシミュレーションのワークフローを作成してきました。」とEysterは述べている。

NASCAR. レースカーのモデル化とテストにシミュレーションを使用

NASCARの研究開発部門は、NASCARのために特別に計算流体力学（CFD）ワークフローとスクリプトを開発したTotalSim社と協力している。NASCARの技術チームのメンバーは、OSC AweSim OnDemandポータルにログインして、TotalSimのワークフローを使用して計算流体力学（CFD）シミュレーションを実行している。

NASCARは、OnDemandを介して実行されているCFDシミュレーションを多くのプロジェクトで使用している。例えば、NASCARは2022年に登場する次世代車を開発しているが、これはOpenFOAMオープンソースソフトウェアで空力学的に開発されたものである。NASCARでは、レーストラック上で複数の車両を異なる構成で一緒に走行させたり、リフトオフのテストや新しい安全装置の開発など、テストが難しいことにCFDを使用している。NASCARは，CFDシミュレーションと風洞での実車を使った作業との間に強い相関関係があることを発見した．NASCARでは，風洞での作業に基づいて最終的な結論を出しているが，予備的な作業のほとんどはCFDコンピュータシミュレーションに基づいている。

NASCARでは、ANSAプリプロセッシングプログラムを使用して、計算に使用するジオメトリとメッシュを局所的に準備している。これらの情報は，OnDemand を通してOSC にアップロードされる。TotalSimは、NASCARの画像とファイルを表示し、ファイルをダウンロードする必要性を減らすウェブベースのツールを開発した。NASCARでは、開発が集中する時期には1日に最大50個のCFDケースを実行することができるため、結果と画像をクラスタ上で素早く確認できるウェブベースのツールを使用することで、データ転送時間を節約することができるのだ。

NASCARで航空力学、シミュレーション、設計を担当するシニアディレクターのEric Jacuzzi博士によると、「OSCのスーパーコンピュータ・クラスタで実行することで、より多くのシミュレーションケースを実行し、より迅速に実行し、コンピュータジョブの処理時間を節約することができます。当初は1テラバイト（TB）のストレージで月に約50件のシミュレーションを実行していましたが、現在では15TBのストレージで月に250件のCFDシミュレーションを実行できるようになりました。」

OSC Owensクラスタでの実行により、NASCARは2,000個のIntel Xeon Scalableプロセッシングコアの提供を受けている。1台の車のCFDシミュレーションの実行には6～7時間掛かる。互いに相対的に位置が異なる複数の車のシミュレーションには、12～15時間掛かっている。このように位置の異なる複数の車両のシミュレーションをマップにまとめ、各車両が他の車両に与える空力効果を把握することができる。典型的なマップは約40の異なる車両位置で、完成までに2.5日掛かっている。

「各走行のデータ量は大幅に増加しており、過去の走行と比較して約100％のデータ量となっています。このようなCFDシミュレーションは、OSCのスーパーコンピュータクラスタの活用無しにはできません。NASCARにとって、OSCクラスタ上でCFDシミュレーションを実行することは、自動車技術のテストと開発の最先端を行くための費用対効果の高い方法であり、他の方法では不可能なことです。」とJacuzziは述べている。

OSCスーパーコンピュータクラスタとオンデマンドアーキテクチャ

OSCスーパーコンピュータクラスタはすべてIntel Xeonプロセッサを使用しており、要求の厳しいワークロードに最適化された高性能、高度な信頼性、ハードウェア強化されたセキュリティを提供している。さらに、クラスタにはGPU、インターコネクト、巨大なメモリノード、共有データストレージが搭載されている。OSCのクラスタアーキテクチャは、最も要求の厳しいHPCモデリングおよびシミュレーションジョブを処理することができる。

OSCの最新システムであるPitzerは、Intel Xeon GoldおよびPlatinumプロセッサとNvidia V100 GPUを活用したDell製のクラスタだ。

OODは、システム管理者に簡単にインストールできるウェブアクセスを提供し、スーパーコンピューティングへの直感的なアクセスを実現する。ツールには、RStudio Server、Jupyter Notebook、Matlab、Abaqus/CAE、その他のツールを含むグラフィックスデスクトップ環境やデスクトップアプリケーションに加えて、ジョブ管理や監視アプリケーションが含まれている。

OnDemandインスタンスは、OSCスーパーコンピュータに接続することなく、他のスーパーコンピュータセンターや機関、研究センターにインストールすることができる。

OnDemand、Open OnDemand、AweSim OnDemandは世界の多くの機関で利用されている。2019年現在、OnDemandは米国136拠点、海外70拠点で利用されている。OnDemandは、主要な大学、国立研究所、病院、商業産業で利用されている。

ChalkerはOpen OnDemandに大きな期待を持っており、「HPCのモデリングやシミュレーションリソースにアクセスするためのデフォルトインターフェースとなり、学習曲線を下げ、ユーザの裾野を広げることを期待しています」と述べている。NSF eXtreme Digital (XSEDE) プログラムのリーダーシップは、XSEDE ユーザが OnDemand を利用できるようにするというビジョンを持っている。OnDemandへの単一のフロントエンドXSEDEログインにより、ユーザはXSEDEシステム上のどのスーパーコンピュータでもOnDemandを実行できるようになる。”

著者について

Linda Barneyは、オレゴン州ビーバートンにあるテクニカル／マーケティング・ライティング、トレーニング、ウェブデザインの会社、バーニー・アンド・アソシエイツの創設者でありオーナーである。

ヘッダー画像 OSC Owensスーパーコンピュータ上で動作するNASCARレースカーCFDシミュレーション