PIONIER online

Projekt PRACE ma za zadanie wykreowanie usług i infrastruktury obliczeniowej dla zadań HPC. Taka infrastruktura będzie zarządzana, jako jeden spójny – europejski - organizm. Na potrzeby organizacyjne wyróżniono wcześniej warstwy tier-0 i tier-1.

Europejski model utrzymywania infrastruktury HPC składa się z niewielkiej liczby centrów superkomputerowych oferujących usługi obliczeniowe na najwyższym poziomie pod względem wydajności (Tier-0). Tzw. Tier-1 to Narodowe i regionalne centra z superkomputerami oferującymi wydajność zaspokajającą większość aplikacji (PCSS jest w Tier-1).

Środowisko naukowe będzie miało do dyspozycji wiodące systemy obliczeniowe o możliwościach porównywalnych lub większych od dostępnych obecnie w USA i Japonii. Usługi dostarczą trzy do pięciu wiodących centrów obliczeniowych w Europie wraz ze ścisłym wsparciem regionalnych i narodowych ośrodków, co wraz z nowoczesnymi technologiami gridowymi utworzy unikalną strukturę pan-europejskiego ekosystemu HPC. Badania podjęte w projekcie do roku 2009 mają określić architektury systemów o mocy rzędu Pflops, metody ich udostępnienia oraz powiązania z regionalnymi i krajowymi inicjatywami HPC.

PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) jest projektem studyjnym, którego celem jest określenie infrastruktury dla obliczeń dużej mocy (HPC – High Performance Computing) w Europie. PRACE jest realizacją porozumienia o Wzajemnej Współpracy („Memorandum of Understanding concerning the establishment of a European Tier 0 High Performance Computing Service”), parafowanego przez PCSS w Berlinie, 17 kwietnia 2007.

W roku 2008 główny nacisk położono na następujące zakresy tematyczne:

analiza modelu operacyjnego dla PRACE i wstępna specyfikacja;
propagowanie informacji o szkoleniach o tematyce HPC, informacji o projekcie i inicjatywie budowy ekosystemu HPC;
szkolenia w zakresie nowoczesnych modeli programowania dużych komputerów, z użyciem prototypów PRACE;
analiza wymagań dla systemu zarządzania warstwą tier-0;
wybór i analiza istniejących rozwiązań do integrowania ekosystemu HPC;
portowanie benchmarków i testy na architekturach prototypowych;
zebranie wymagań technicznych i lokalizacji dla pierwszej instalacji superkomputera o mocy petaflops w Europie;
wybór i instalacja komputerów prototypowych w wybranych ośrodkach;

Zadania w projekcie zostały podzielone na następujące grupy tematyczne (pakiety robocze):

WP1. Koordynacja projektu;
WP2. Koncepcja organizacyjna infrastruktury badawczej;
WP3. Rozpowszechnianie wyników, organizacja szkoleń;
WP4. Zarządzanie systemem rozproszonym;
WP5. Wdrożenie systemów prototypowych;
WP6. Dostosowanie oprogramowania do systemów klasy petaflops;
WP7. Systemy petaflops na 2009/2010;
WP8. Określenie kierunków rozwoju przyszłościowych technologii poza rok 2009.
Zebranie wymagań technicznych dla pierwszej instalacji petaflopowej w Europie.

PCSS dokonało analizy i przeglądu technologii wielkoskalowych obliczeń petaflops oraz zajmowało się obróbką danych z sondaży przeprowadzonych w ramach pakietu na poziomie lokalnym. Opracowano specyfikacje wymagań technicznych dotyczących architektury systemów, wymagań funkcjonalnych otoczenia systemów HPC (wymagana infrastruktura pomieszczeń komputerowych, powierzchnia techniczna, rodzaj zasilania, wymagania systemów chłodzących, p-poż, systemów monitorowania oraz zabezpieczeń).

PCSS brało aktywny udział w tworzeniu specyfikacji dotyczącej definicji procesu ofertowo-zakupowego infrastruktury klasy petaflops oraz infrastruktury „około-obliczeniowej” (budynki, chłodzenie, zasilanie). PCSS zebrał informacje porównawcze (na szczeblu lokalnym) na temat możliwości technicznych wykonania instalacji komputera klasy petaflops w Polsce. Dane te posłużyły do zbudowania „mapy” konsorcjum PRACE ,na której zaznaczono potencjalne możliwości wykonania instalacji. Ważna uwaga: dane zostały zebrane z uwzględnieniem tylko obecnych możliwości Polski (5 ośrodków HPC). Nie brano pod uwagę planowanych koncepcji budowy infrastruktury obliczeniowej.

Określono również wymagania dla lokalizacji komputerów klasy petaflops:

pomoc przy definiowaniu strategii wyboru oferentów komputerów klasy petaflops oraz infrastruktury technicznej. Instytucja o statusie publicznym, korzystająca ze środków publicznych, dokonując zakupów musi kierować się odpowiednimi przepisami prawa; w Polsce są to przepisy dot. zamówień publicznych. Obowiązują w niej procedury przetargowe, wyboru oferenta, odwoławcze itd. Pozostali udziałowcy projektu PRACE, są instytucjami publicznymi i także muszą się stosować do krajowych procedur. Zebrano dane o wszystkich obowiązujących procedurach zakupów w poszczególnych krajach – do celów przeglądowych. Ma to duże znaczenie np. w momencie wyboru lokalizacji instalacji komputera klasy petaflops (kwestie podatkowe, różne tryby rozliczania i raportowania, ewentualne oszczędności podatkowe, itp.. ). Strategia wyboru oferenta to przede wszystkim specyfikacja tego, co jest przedmiotem zakupu. Instalacja komputera klasy petaflops to przedsięwzięcie wieloetapowe, które musi być poprzedzone odpowiednim otoczeniem technicznym: pomieszczenia, chłodzenie, zasilanie. Obecnie bierze się także pod uwagę takie systemy, które wykorzystują tzw. zieloną energię, co ma znaczenie przede wszystkim ekologiczne. Rozważa się budowę centrów obliczeniowych w takich lokalizacjach, w których energia jest albo odnawialna, albo w prosty sposób powstałe ciepło da się przekształcić/przetransferować do innych odbiorców (ogrzewanie i/lub oświetlenie budynków). Ma to wówczas także wymierny aspekt ekonomiczny;
estymacja kosztów maszyny klasy petaflops, a także TCO takiej instalacji. Z uwzględnieniem polskich uwarunkowań, dokonano oszacowania kosztu budowy instalacji petaflops wraz z infrastrukturą około obliczeniową. Oszacowano koszty osobowe na przestrzeni zadanych okresów a także koszty utrzymania bezosobowe (zasilanie);
zebranie wymagań aplikacji i użytkowników. W 2008 r. zidentyfikowano biblioteki oprogramowania, narzędzi, testów wydajności i umiejętności wymaganych po to, by aplikacje użytkowników używały systemów klasy petaflops w sposób wydajny. PCSS był odpowiedzialny za zebranie wymagań aplikacyjnych od użytkowników, ich analizę oraz pomoc w przygotowaniu sondażu na temat istniejących aplikacji wymagających największej mocy obliczeniowej. Ponadto przygotowane zostały wzorcowe testy (benchmarks) będące podstawą do oszacowania wydajności architektur w innych pakietach;
analiza wymagań dla systemu zarządzania warstwą tier-0. Zebrano wymagania w zakresie istniejących rozwiązań zarządzania systemami rozproszonymi zrealizowanego poprzez przygotowywanie ankiet dla ośrodków HPC; konkretnie te ośrodki, które hostują maszyny prototypowe. Pod uwagę brano następujące obszary: połączenia sieciowe, AAA, zarządzanie danymi, monitorowanie zasobów, dostęp do zasobów, wsparcie aplikacji i użytkownika. Zebrane dane poddano ocenie i analizie, wskazując słabe punkty, które mają być podstawą do późniejszej definicji warstwy zarządzania tier-0 wraz z poprawkami słabych punktów wskazanych w ramach tego zadania;
zbieranie informacji na temat istniejących systemów zarządzania rozproszoną infrastrukturą. Przygotowano raport na temat obecnych rozwiązań w zakresie integracji ekosystemów HPC, w szczególności na styku tier-0 i tier-1. W oparciu o przeprowadzone testy wypracowanego rozwiązania powstanie raport oceniający przydatność obecnych rozwiązań w integrowaniu środowiska HPC. Pod uwagę brano następujące obszary (analogicznie do wcześniej wspomnianego tier-0): połączenia sieciowe, AAA, zarządzanie danymi, monitorowanie zasobów, dostęp do zasobów, wsparcie aplikacji i użytkownika;
akcje informacyjne na temat projektu. PCSS organizował szereg wydarzeń w całości lub częściowo zahaczających o tematykę HPC. Była to okazja do zaprezentowania informacji o celach PRACE, za pomocą broszur, posterów, prezentacji na konferencjach i seminariach;
udział w Industrial Seminars. Wydarzenie inicjowane przez konsorcjum PRACE w głównej mierze poświecone zwiększonej ko-operacji na styku nauka-przemysł. Na spotkanie prócz członków PRACE, zostały zaproszone firmy komercyjnie, potencjalnie zainteresowane korzystaniem z unikalnej infrastruktury obliczeniowej PRACE. Rola PCSS polegała na akcji informacyjnej i zaproszeniu przedstawicieli firm;
lokalne akcje informacyjne na temat szkoleń organizowanych przez konsorcjum PRACE. PRACE organizuje tzw. szkoły (Summer, Winter School). Są to zazwyczaj kilkudniowe szkolenia dla osób zainteresowanych poszerzeniem swoich umiejętności w zakresie wykorzystania nowoczesnych zasobów obliczeniowych klasy petaflops. W szczególności kładzie się nacisk na nowe paradygmaty programowania równoległego, którego cechy ukazują się dopiero w środowisku zbudowanym z kilkuset tysięcy jednostek przetwarzających. PCSS wykonuje akcje informacyjne i ogłoszeniowe.

Prace nad długofalowym modelem operacyjnym oraz finansowym wciąż trwają. Z punktu widzenia użytkownika, najważniejszy jest obecnie dostęp do architektur prototypowych, które w większości zostały uruchomione pod koniec 2008 r. Prototypy są wykorzystywane do oceny architektur z uwzględnieniem wydajności i skalowalności aplikacji, jak również całkowitych kosztów ich utrzymania i zużycia energii.

Są one zainstalowane u następujących partnerów PRACE:

BSC (Barcelona Supercomputing Center, Hiszpania), IBM Cell/Power6. Ten prototyp jest prototypem hybrydowym, który korzysta z kombinacji dwóch lub więcej typów jednostek obliczeniowych;
CEA (French Atomic Energy Commission, Francja) i FZJ (Jülich Research Centre, Niemcy), Intel Nehalem/Xeon. Ten prototyp, o architekturze Shared-memory MultiProcessor (klastry z tzw. cienkimi węzłami),jest rozproszony pomiędzy dwiema lokalizacjami;
CEA z prototypem od firmy BULL, FZJ z prototypem o tej samej architekturze;
CSC (The Finnish IT Center for Science, Finlandia) i CSCS (Swiss National Supercomputing Centre, Szwajcaria), CRAY XT5. Ten prototyp, do obliczeń masywnie równoległych (Massive Parallel Processing) jest zainstalowany w CSC;
FZJ (Jülich Research Centre, Niemcy), IBM/BG to prototyp do obliczeń masywnie równoległych;
HLRS (High Performance Computing Center Stuttgart, Niemcy), NEC SX-9 i x86. Ten prototyp jest rozwiązaniem hybrydowym;
NCF (Netherlands Computing Facilities Foundation, Holandia), IBM Power6 to prototyp o architekturze Shared-memory MultiProcessor (klastry z tzw. grubymi węzłami), który jest zainstalowany w SARA Computing and Networking Services w Amsterdamie.

wybudowanie w latach 2009-2010 stałej infrastruktury obliczeniowej HPC o mocy rzędu petaflop/s na poziomie pan-europejskim pod przewodnictwem kilku wiodących ośrodków obliczeniowych w Europie;
definiowanie i utworzenie prawnej struktury organizacyjnej angażującej centra obliczeniowe, agencje budżetowe i społeczności użytkowników naukowych;
przygotowanie do wdrożenia systemów petaflops w latach 2009-2010 pod przewodnictwem europejskich centrów superkomputerowych mających wiedzę i kompetencje oraz infrastrukturę do tego, by w przyszłości oferować szeroki zakres usług dla użytkowników akademickich a także przemysłu;
zdefiniowanie poziomu kooperacji pomiędzy środowiskiem użytkowników aplikacji i komputerów a dostawcami sprzętu w zakresie proponowania nowych wymagań i rozwiązań.