Projeto permite que pesquisadores testem sistemas em exascale

No ano passado, o presidente Obama anunciou a National Strategic Computing Initiative (NSCI), uma ordem executiva para aumentar pesquisa, desenvolvimento e implantação de computação de alto desempenho (HPC, high performance computing) nos Estados Unidos, com a National Science Foundation, o Departamento de Energia e o Departamento de Defesa como as agências líderes.

Um dos objetivos do NSCI é acelerar a pesquisa e o desenvolvimento que podem levar a futuros sistemas de computação em exascale – computadores capazes de executar um bilhão de bilhões de cálculos por segundo (também conhecido como um exaflop). Computadores em exascale vão avançar a pesquisa, aumentar a segurança nacional e dar aos EUA uma vantagem económica competitiva.

Especialistas acreditam que simplesmente melhorar tecnologias e arquiteturas existentes não nos levará a níveis de exascale. Em vez disso, os pesquisadores precisarão repensar todo o paradigma da computação – da bateria, passando pela memória até o sistema de software – para tornar os sistemas de exascale uma realidade.

O Projeto Argo é um esforço colaborativo de três anos, financiado pelo Departamento de Energia, para desenvolver uma nova abordagem para o software de sistema em escala extrema. O projeto envolve os esforços de 40 pesquisadores de três laboratórios nacionais e quatro universidades, que trabalham para projetar e prototipar um sistema operacional em exascale e o software para torná-lo útil.

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Para testar suas novas ideias, a equipe de pesquisa está usando Chameleon, um ambiente experimental para pesquisa de computação em nuvem em grande escala apoiado pela National Science Foundation e organizada pela Universidade de Chicago e Texas Advanced Computing Center (TACC).

Chameleon, financiado por um fundo de US$ 10 milhões do programa NSFFutureCloud, é um teste reconfigurável que permite que a comunidade de pesquisa experimente novas arquiteturas de computação em nuvem e busque novas aplicações, arquitetonicamente habilitadas para a computação em nuvem.

“A computação em nuvem se tornou um método dominante de fornecer infraestrutura computacional para serviços de Internet”, disse Jack Brassil, que faz parte da divisão de Computer and Network Systems da NSF. “Mas, para projetar novas e inovadoras nuvens de computação nuvens e as aplicações que elas executarão, pesquisadores acadêmicos precisam de muito mais controle, diversidade e visibilidade da infraestrutura de hardware e software que estão disponíveis nos sistemas de nuvem comercial hoje”.  Os testes do NSFFutureCloud fornecem os tipos de capacidades que Brassil descreveu.

Com o uso do Chameleon, a equipe está tentando quatro aspectos-chave no futuro sistema:

• Global Operation System, que lida com configuração da máquina, alocação de recursos e lançamento de aplicações.
• Node Operating System, que é baseado em Linux e fornece interfaces para um melhor controle de futuras arquiteturas em exascale.
• Argobots de tempo de execução de concorrência, uma nova infraestrutura que distribui, de forma eficiente, trabalho entre recursos de computação.
• BEACON (Backplane for Event and Control Notification), um framework que reúne dados sobre o desempenho do sistema e os envia para vários controllers para tomar as medidas adequadas.

A infraestrutura única e reconfigurável do Chameleon permite que os pesquisadores contornem alguns problemas que surgiram quando a equipe estava executando o projeto em um sistema de computação de alto desempenho.

Por exemplo, desenvolver o Node Operating System requer pesquisadores para alterar o kernel do sistema operacional que controla todos os componentes de hardware de um sistema e os atribui para aplicações.

“Não há muitos lugares onde podemos fazer isso”, disse Swann Perarnau, pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Nacional Argonne e colaborador do Projeto Argo. “Máquinas HPC em produção são estritamente controladas, e ninguém vai nos deixar modificar um componente crítico”.

No entanto, o Chameleon permite que os cientistas modifiquem e controlem o sistema como um todo, permitindo que ele suporte uma ampla variedade de pesquisas, métodos e arquiteturas em nuvem que não estão disponíveis em outros lugares.

“O projeto Argo não tinha o hardware correto, nem a mão de obra para manter a infraestrutura necessária para a integração apropriada e o teste de toda a pilha de software”, acrescentou Perarnau. “Enquanto nós tínhamos pleno acesso a um conjunto pequeno, acho que economizamos semanas de tempo de configuração do sistema adicional, e muitas horas de trabalho de manutenção com a mudança para o Chameleon”.

Entre os principais desafios para alcançar exascale estão o uso e o custo de energia. Durante Supercomputing Conference do ano passado, os pesquisadores demonstraram a capacidade de controlar dinamicamente o uso de energia de 20 nós durante uma demonstração ao vivo do Chameleon em execução.

Na semana passada, eles lançaram um artigo descrevendo sua abordagem para o gerenciamento de energia para sistemas de exascale futuros, e apresentarão os resultados no Twelfth Workshop on High-Performance, Power-Aware Computing (HPPAC’16)  em maio.

A equipe Argo está trabalhando com parceiros da indústria, incluindo Cray, Intel e IBM, para explorar técnicas e recursos que seriam mais adequados para o próximo supercomputador do Departamento de Energia.

“Argo foi fundado para projetar prototipar sistemas operacionais de exascale e software de tempo de execução”, disse Perarnau. “Acreditamos que algumas das novas técnicas e ferramentas que desenvolvemos podem ser testadas em sistemas petascale e refinadas para plataformas exascale”.

Com informações de Phys.org