von Redaktion IT-A…
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Rechenbiest aus Bayern
Immer mehr Forschungsbereiche nutzen Supercomputing-Ressourcen. Die Technologie als Hilfsmittel muss dies widerspiegeln. Am LRZ machen sich Experten daher Gedanken über die kommende Generation von Supercomputern, um auf Anforderungen und Bedürfnisse der Nutzer vorbereitet zu sein. Dazu wurde das Programm BEAST ins Leben gerufen.
An Rechenleistung ist am Leibniz-Rechenzentrum der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (LRZ) [1] kein Mangel. Alleine SuperMUC-NG, aktuell unter den 15 schnellsten Supercomputern der Welt, bringt es mit über 300.000 Rechenkernen auf mehr als 26 PFLOPS Peak Performance. Doch die Anforderungen von Forschern ändern sich, ihre Fragestellungen werden komplexer, die Datenmengen werden größer.
Neue Testumgebung BEAST
Mit BEAST (Bavarian Energy-, Architecture- and Software-Testbed) baut das LRZ nun eine Testumgebung auf – dabei im Blick: die Energieeffizienz der Systeme. Bereits installiert sind drei unterschiedliche Teilsysteme: Zum einen wurden Knoten auf Basis aktueller AMD-Rome-Prozessoren mit MI50-GPUs des gleichen Herstellers installiert.
Neben dieser x86-Architektur wurden zudem Knoten mit den auf ARM basierenden Prozessoren Marvell ThunderX2 implementiert, die durch Nvidia-GPUs vom Typ Tesla V-100 unterstützt werden. Der jüngste Zugang: Der ebenfalls auf ARM-basierende Fujitsu-Prozessor A64FX. Diese CPU kommt auch bei Fugaku zum Einsatz.
"Unser Ziel von BEAST ist es, Technologien zu evaluieren, und den besten Mix für unsere künftigen Supercomputer zu finden", erläutert Dr. Josef Weidendorfer, der am LRZ das Thema Future Computing leitet. "Es geht dabei darum, herauszufinden, welche Technologien für HPC und KI interessant sind und nicht zuletzt zu den Codes passen, die unsere Anwender nutzen."
Die verschiedenen Technologien werden deswegen nicht als ein heterogenes System betrieben, sondern sollen vielmehr nebeneinander den Vergleich der Ansätze in derselben Umgebung und mit den gleichen Benchmarks ermöglichen. Diese Benchmarks hat das LRZ aus den Anwendungen entwickelt, die aktuell auf SuperMUC-NG laufen. Dazu wurden aus den über 100 Projekten, die derzeit Rechenzeit verwenden, typische Beispiele ausgewählt und zusammengestellt.
Exotischere Architekturen auf der Agenda
Der weitere Ausbau von BEAST ist bereits geplant. So sollen kurzfristig CPUs der aktuellen Intel-Xeon-Reihe (Cooper Lake und Ice Lake) in Dienst gestellt werden. Hier wurden laut Weidendorfer einige neue Merkmale wie 16-Bit-Float (Bfloat16) für Gleitkommaoperationen implementiert, mit dem KI-Anwendungen signifikant beschleunigt werden können.
Mittelfristig ist auch die Evaluierung von exotischeren Architekturen, wie FPGAs oder neuromorphen Ansätzen, geplant. "Das ist aber sehr komplex. FPGAs werden auf den jeweiligen Einsatzzweck und Workload konfiguriert, womit es sich sehr von der klassischen Software-Entwicklung unterscheidet. Hier ist eine besondere Expertise gefragt." Welches Potenzial FPGAs im HPC-Umfeld haben, wird derzeit in einigen Forschungsprojekten und auch am LRZ untersucht.
Zugang für ausgewählte Partner
Der Zugang zum BEAST-Programm wird ausgewählten LRZ-Partnern aus der Wissenschaft gewährt. "Gemeinsam mit unseren Partnern sind wir in der Lage, moderne Hardware und Software für Anwendungen und Workloads zu erforschen und zu evaluieren", so Weidendorfer. "Dies gibt uns wertvolles Feedback und Verständnis dafür, was unsere Nutzer von zukünftigen Systemen erwarten, während unsere Partner gleichzeitig einen besseren Einblick in zukünftige Technologien erhalten."
Das BEAST-Programm wird auch bei der Ausbildung und Schulung der heutigen Studierenden und zukünftigen Experten helfen. Mit Praktika an den Münchner Universitäten können sich angehende Informatiker in diese Technologien einarbeiten und Kontakte zu Forschung und Industrie knüpfen.
dr
[1] https://www.lrz.de/
Neue Testumgebung BEAST
Mit BEAST (Bavarian Energy-, Architecture- and Software-Testbed) baut das LRZ nun eine Testumgebung auf – dabei im Blick: die Energieeffizienz der Systeme. Bereits installiert sind drei unterschiedliche Teilsysteme: Zum einen wurden Knoten auf Basis aktueller AMD-Rome-Prozessoren mit MI50-GPUs des gleichen Herstellers installiert.
Neben dieser x86-Architektur wurden zudem Knoten mit den auf ARM basierenden Prozessoren Marvell ThunderX2 implementiert, die durch Nvidia-GPUs vom Typ Tesla V-100 unterstützt werden. Der jüngste Zugang: Der ebenfalls auf ARM-basierende Fujitsu-Prozessor A64FX. Diese CPU kommt auch bei Fugaku zum Einsatz.
"Unser Ziel von BEAST ist es, Technologien zu evaluieren, und den besten Mix für unsere künftigen Supercomputer zu finden", erläutert Dr. Josef Weidendorfer, der am LRZ das Thema Future Computing leitet. "Es geht dabei darum, herauszufinden, welche Technologien für HPC und KI interessant sind und nicht zuletzt zu den Codes passen, die unsere Anwender nutzen."
Die verschiedenen Technologien werden deswegen nicht als ein heterogenes System betrieben, sondern sollen vielmehr nebeneinander den Vergleich der Ansätze in derselben Umgebung und mit den gleichen Benchmarks ermöglichen. Diese Benchmarks hat das LRZ aus den Anwendungen entwickelt, die aktuell auf SuperMUC-NG laufen. Dazu wurden aus den über 100 Projekten, die derzeit Rechenzeit verwenden, typische Beispiele ausgewählt und zusammengestellt.
Exotischere Architekturen auf der Agenda
Der weitere Ausbau von BEAST ist bereits geplant. So sollen kurzfristig CPUs der aktuellen Intel-Xeon-Reihe (Cooper Lake und Ice Lake) in Dienst gestellt werden. Hier wurden laut Weidendorfer einige neue Merkmale wie 16-Bit-Float (Bfloat16) für Gleitkommaoperationen implementiert, mit dem KI-Anwendungen signifikant beschleunigt werden können.
Mittelfristig ist auch die Evaluierung von exotischeren Architekturen, wie FPGAs oder neuromorphen Ansätzen, geplant. "Das ist aber sehr komplex. FPGAs werden auf den jeweiligen Einsatzzweck und Workload konfiguriert, womit es sich sehr von der klassischen Software-Entwicklung unterscheidet. Hier ist eine besondere Expertise gefragt." Welches Potenzial FPGAs im HPC-Umfeld haben, wird derzeit in einigen Forschungsprojekten und auch am LRZ untersucht.
Zugang für ausgewählte Partner
Der Zugang zum BEAST-Programm wird ausgewählten LRZ-Partnern aus der Wissenschaft gewährt. "Gemeinsam mit unseren Partnern sind wir in der Lage, moderne Hardware und Software für Anwendungen und Workloads zu erforschen und zu evaluieren", so Weidendorfer. "Dies gibt uns wertvolles Feedback und Verständnis dafür, was unsere Nutzer von zukünftigen Systemen erwarten, während unsere Partner gleichzeitig einen besseren Einblick in zukünftige Technologien erhalten."
Das BEAST-Programm wird auch bei der Ausbildung und Schulung der heutigen Studierenden und zukünftigen Experten helfen. Mit Praktika an den Münchner Universitäten können sich angehende Informatiker in diese Technologien einarbeiten und Kontakte zu Forschung und Industrie knüpfen.
dr
[1] https://www.lrz.de/
