Een EU-initiatief heeft een computerplatform ontworpen en ontwikkeld op basis van een nieuwe geheugentechnologie. Het zal de input/output (I/O) prestaties van high-performance computing (HPC)-systemen helpen verbeteren.

Dankzij hun vermogen om op simulatie gebaseerde voorspelbaarheid met hoge nauwkeurigheid te implementeren, HPC-systemen worden steeds vaker gebruikt in verschillende toepassingen, verspreid over vrijwel alle industrieën en sectoren. HPC, waarbij duizenden processors parallel werken om miljarden gegevens in realtime te analyseren, is niet zonder uitdagingen.

Complexere eisen aan wetenschappelijke modellering en simulatie benadrukken de behoefte aan snellere HPC-systemen die momenteel meer dan honderd quadriljoen drijvende-kommabewerkingen per seconde (FLOPS) kunnen uitvoeren. De volgende fase is exascale computing, die ten minste één exaFLOPS zou kunnen opleveren, of een miljard miljard bewerkingen per seconde - een niveau dat naar verwachting in 2021 zal worden bereikt. Exascale-technologie zal veel nauwkeuriger, gedetailleerde en grootschaliger modellering en simulatie dan die van bestaande systemen, maar er zijn verschillende uitdagingen. Een belangrijke is de I/O-knelpunt waar een systeem niet snel genoeg I/O-prestaties heeft. Het door de EU gefinancierde NEXTGenIO-project heeft precies dit probleem aangepakt.

Op de projectwebsite staat:"De huidige systemen zijn in staat om gegevens snel te verwerken, maar snelheden worden beperkt door hoe snel het systeem gegevens kan lezen en schrijven. Dit betekent een aanzienlijk verlies van tijd en energie in het systeem. Kunnen verbreden, en uiteindelijk elimineren, dit knelpunt zou de prestaties en efficiëntie van HPC-systemen aanzienlijk verhogen." NEXTGenIO ontwierp en bouwde een prototype hardwareplatform om enorme winsten te behalen in I/O-mogelijkheden in supercomputing, met behulp van een nieuwe niet-vluchtig willekeurig toegankelijk geheugen (NVRAM) technologie. NVRAM kan opgeslagen gegevens zelfs na een stroomstoring ophalen. Naast de hardware, het project ontwikkelde ook een volledige softwarestack die op het prototype wordt ingezet. Het nieuwe systeem wordt gezien als baanbrekend vanwege het vermogen om de kloof tussen geheugen en opslag te overbruggen.

Dr. Michèle Weiland van EPCC, het supercomputercentrum bij NEXTGenIO-projectcoördinator The University of Edinburgh, vat de doelstellingen van het project samen in een "Primeur Magazine'-interview:"De projectdoelen waren om de I/O-bottleneck zoveel mogelijk uit HPC-simulaties te verwijderen, en niet alleen traditionele HPC-simulaties, maar ook de opkomende data-intensieve en data-analytische toepassingen. Het doel was om te proberen deze nieuwe geheugentechnologie te gebruiken om de prestatiekloof die je hebt tussen DRAM [dynamic random access memory] en de vermogensverbeteringen weg te werken en een laag ertussen te plaatsen."

Aan de slag

Dr. Weiland voegt eraan toe dat het systeem dat is ontwikkeld door het NEXTGenIO-project (Next Generation I/O for Exascale) drie jaar zal blijven draaien. In hetzelfde gesprek Adrian Jackson van EPCC zegt:"We hebben nu een mooi stabiel bruikbaar systeem en we hebben nu zo'n twee of drie jaar om hier goed gebruik van te maken. Het zal veel werk zijn om applicaties te nemen en ze te optimaliseren, zien hoe gebruikers ze zullen gebruiken en hoe de industrie zal interageren."

Een nieuwsbericht op 'HPCwire' belicht verschillende HPC-gebruiksscenario's voor het project. Een daarvan is projectpartner het European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). "Met behulp van het NEXTGenIO-platform, ECMWF demonstreerde de mogelijkheid om de gegevens uit te voeren naar de nieuwe geheugenklasse en de prestaties aanzienlijk te verbeteren."