Büyük ölçekli simülasyonlar yapmak; modern bilimsel araştırmanın çok önemli bir yönüdür, ancak çoğu zaman büyük miktarda hesaplama kaynağı gerektirir. Yüksek performanslı süper bilgisayarların tanıtımıyla işaretlenecek olan exascale hesaplama çağına yaklaştığımızda, araştırmacılar zamanımızın büyük hesaplama gereksinimlerini karşılamak için yeni mimariler ve kodlar geliştirmeye çalışıyorlar. Exascale bilgi işlem dönemi için kodlar geliştirirken göz önünde bulundurulması gereken önemli bir özellik, farklı mimariler için bir kodun önemsiz, yeniden yansımasını önleyen performans taşınabilirliğidir.
Bu amaçla; Michigan State Üniversitesi‘ndeki araştırmacılar yakın zamanda performansa uygun bir manyetohidrodinamik (MHD) kod olan K-Athena’yı geliştirdiler.
Manyetohidrodinamik (MHD) kodlar, elektriksel olarak iletken akışkanlarla ilgili sorunların çözülmesine yardımcı olabilecek sayısal teknikler ve algoritmalardır. Daha önce sunulan araştırmacıların bu kodu; mevcut bir MHD kodu olan Athena ++ ‘ı, düğümde paralel programlama paradigması için taşınabilir bir performans olan Kokkos ile birleştirir.
Araştırmacı Philipp Grete: “İlk exascale süper bilgisayarlarının geliştirmesinde devam etmekte olan süreçte; mevcut donanım mimarilerinin bu hedefe ulaşmak için uygun olmadığı ve yeni mimarilerin gerekli olduğu ortaya çıktı. Yazılım açısından yeni mimariler, yeni donanım özelliklerinden etkin bir şekilde yararlanmak için genellikle mevcut kodun yeniden yazılmasını gerektiriyor. Ekibimizin araştırması, ayrıntılı büyük ölçekli simülasyonlara dayanıyor.”
Grete ve meslektaşları tarafından yürütülen çalışmanın temel amacı; araştırma performanslarında sıklıkla kullandıkları kodları taşınabilir yapmaktı. Başka bir deyişle, araştırmacılar kodlarının tek bir kod tabanı kullanarak, birçok farklı mimaride yüksek verimlilikte çalışmasını istedi.
Grete: “Başlangıçta K-Athena, GPU hızlandırmalı simülasyonları mümkün kılmak için Kokkos’u (performans taşınabilirliği kütüphanesi) Athena + + (mevcut bir CPU kodu) ile birleştiren bir konsept kanıtı olarak planlandı. Ancak, proje boyunca ve performansı gözlemlerken, K-Athena’nın bir konsept kanıtından daha fazlası olduğu ve şimdi her mimaride çalışan esnek, üretime hazır bir kod olduğu netleşti. Hem deneyimlerimizi hem de kodun kendisini daha geniş topluluklarla paylaşmak istedik.”
Araştırmacıların K-Athena ile birlikte yapmak istedikleri simülasyonlara bir başka örnek. Görüntü, vortik / dönme yapılarını (yüzeyler) ve manyetik alan çizgilerini (kırmızı) gösteren, bozulan Taylor-Green girdabının (türbülans problemine geçiş) hacimsel görüntüsünü gösterir. / Grete, Glines ve O’hea./TechXplore
K-Athena; verilen bir simülasyonun en hesaplamalı olarak pahalı bileşenlerini soyutlayarak çalışır. Derleme zamanında (yani bir kaynak kod makine / donanım koduna çevrildiğinde), kodun Kokkos kütüphanesi bu soyutlamaları kullanıcı tarafından kullanılan belirli makine veya donanım için en uygun yapılarla değiştirir.
Grete, “Bu yaklaşım, CPU’lar veya GPU’lar gibi farklı mimarilerdeki simülasyonları mümkün kılmak için genellikle birden fazla kod tabanını tutan diğer eski kodlardan farklıdır. Genel anlamda, K-Athena’nın, doğal bilimcinin şimdi simülasyon içeriğine odaklanabileceğinin ve kodun optimize edilmesi ve / veya kaynak kodun birden fazla versiyonunun farklı mimariler için yazılması açısındanen önemli avantajıdır. Donanım satıcıları ile birlikte Kokkos’ta çalışan bilgisayar bilimcilerine “dış kaynak kullanımı” dedi.
Grete ve meslektaşları tarafından yapılan testler K-Athena’nın performans taşınabilirliğinin gerçekten işe yaradığını gösteriyor. Aslında, onların kodları dört farklı mimariyi kapsayan, dünyanın en hızlı süper bilgisayarları arasında 1., 9., 24. ve 33. sırada etkili bir şekilde çalıştı.
Grete ve meslektaşları tarafından yürütülen çalışma; modern çağın büyük hesaplama gereksinimlerini karşılamak için kodun nasıl uyarlanabileceğine dair değerli bir örnek sunuyor. Araştırmacılar makalelerinde uygulama stratejilerini ve bilgisayar performansını en üst düzeye çıkarmaya çalışırken karşılaştıkları zorlukları ana hatlarıyla belirtiyorlar.
Grete: “Grubumuz genel olarak manyetize türbülans ve astrofizik sistemlerde bulunan yaygın plazmalarla ilgileniyor. K-Athena’yı hem çözüm açısından hem de içerebileceğimiz fizik açısından benzeri görülmemiş detaylarda simüle etmek niyetindeyiz. Bu, büyük dinamik ölçekler gerektiren (örneğin, uzay plazmasındaki enerji transferleri gibi) cevaplanmamış soruları ele almamızı sağlayacak.”
Comments