Expertos del Barcelona Supercomputing Center (BSC), miembros del consorcio del proyecto europeo ExaNoDe, han participado en la evaluación de un innovador prototipo de nodo de supercomputador y en la propuesta de modelos de programación para el mismo.

El nodo diseñado en ExaNoDe, basado en el uso de tecnologías de integración tridimensionales, contribuirá de forma significativa en el diseño de las nuevas arquitecturas para la supercomputación a exaescala, aquéllas capaces de realizar mil millones de billones de cálculos por segundo, o que son diez más rápidas que las computadoras más potentes de la actualidad.

El prototipo ExaNoDe permite que diferentes tipos de SoC (System on Chip) chiplets,
incluyendo procesadores de propósito general y aceleradores reconfigurables dinámicamente
FPGA, se combinen e interconecten en un mismo encapsulado tridimensional MCM (MultiChip Module), reduciendo así el coste de energía y latencia requeridos para mover datos entre
ellos. Además, el uso de chiplets ofrece modularidad en el diseño de nodos y una reducción en el coste de realización. Dicho encapsulado tridimensional se basa en un innovador dispositivo de interposición desarrollado por el centro de investigación francés CEA (French Alternative Energies and Atomic Energy Commission), coordinador del proyecto ExaNoDe. La compartición de memoria entre múltiples MCM, dentro de un mismo nodo o entre nodos, se realiza mediante UNIMEM, una interconexión de baja latencia desarrollada por FORTH (Grecia), también miembro del proyecto.

Para permitir que los programadores exploten los diferentes recursos del hardware, tanto a nivel de un único nodo como de múltiples nodos, los investigadores del proyecto ExaNoDe han realizado mejoras en los modelos de programación de memoria compartida [email protected] y OpenStream, así como también GASPI y MPI para memoria distribuida, optimizando su implementación para utilizar la interconexión de baja latencia UNIMEM. La evaluación de estos modelos de programación en el prototipo de ExaNoDe se ha realizado usando varias miniaplicaciones en las áreas de física, ciencias de los materiales e ingeniería.

“Los expertos del BSC, involucrados en el proyecto ExaNoDe, han desarrollado el modelo de programación [email protected] Gracias a este modelo, los programadores podrán explotar todos los recursos del hardware de forma sencilla,” afirma Paul Carpenter, investigador del BSC del área de ciencias de la computación del BSC. Este centro de investigación también ha desarrollado una librería optimizada MPI para el prototipo de ExaNoDE que incluye el estándar MPI-3.1 y que permite sacar máximo beneficio a las aplicaciones gracias a la interconexión UNIMEM de baja latencia.

Los expertos del BSC han llevado a cabo un análisis de los diferentes aplicaciones y arquitecturas actuales para caracterizar los requerimientos en términos de capacidad de memoria, latencia y ancho de banda, así como han predicho el rendimiento de la futura arquitectura ExaNoDe basada en procesadores HPC con una memoria de alto de ancho de banda (HBM en sus siglas en inglés). Este estudio, basado en una simulación detallada, demuestra que el uso de estas tecnologías HBM será necesaria para conseguir el rendimiento esperado de las futuras arquitecturas de supercomputación.

Los resultados obtenidos en el proyecto ExaNoDe se han basado en la investigación y desarrollos previos en el proyecto EUROSERVER, y están siendo utilizados actualmente en el proyecto europeo EuroEXA, ambos también financiados por la Comisión Europea.