HPC 研究人員借助 NVIDIA BlueField DPU 為網(wǎng)絡(luò)計算的未來打下堅實基礎(chǔ)

全球的超級計算中心都在紛紛利用NVIDIA Quantum InfiniBand網(wǎng)絡(luò)上的NVIDIA BlueField DPU將加速計算提升到一個新的水平

在歐洲和美國，HPC開發(fā)者正在利用NVIDIA BlueField-2 DPU內(nèi)的Arm核和加速器的強大功能為超級計算機提供強大助力。

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)正在與NVIDIA進行一項為期多年的廣泛合作，這項合作旨在將計算型多物理應(yīng)用的性能提高30倍。

LANL研究人員預(yù)計，使用在NVIDIA Quantum InfiniBand網(wǎng)絡(luò)上運行的DPU(數(shù)據(jù)處理器)可顯著提升性能。這將使利用BlueField以及NVIDIA DOCA軟件框架在計算存儲、模式匹配等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。

面向DPU的開放式API

這些努力還將有助于進一步定義OpenSNAPI，任何人都可通過該應(yīng)用接口來控制DPU。這是統(tǒng)計計算框架( Unified Communication Framework)的一個項目，Unified Communication Framework是一個旨在實現(xiàn)HPC應(yīng)用異構(gòu)計算的聯(lián)盟，成員包括Arm、IBM、NVIDIA、美國國家實驗室和美國的一些大學(xué)。

LANL已經(jīng)感受到網(wǎng)絡(luò)計算的強大功能，這要歸功于其創(chuàng)建的DPU賦能的存儲系統(tǒng)。

加速閃存盒（ABoF，如下圖所示）將固態(tài)存儲與DPU和InfiniBand加速器相結(jié)合，可為Linux文件系統(tǒng)的關(guān)鍵性能部分提供加速。它的性能高達同類存儲系統(tǒng)的30倍，并將成為LANL基礎(chǔ)架構(gòu)中的關(guān)鍵組件。

一位研究人員在近期的LANL博客中表示：“ABoF讓計算靠近存儲，可更大限度減少數(shù)據(jù)移動，從而提高仿真和數(shù)據(jù)分析工作流程的效率?！?br />
德克薩斯州打造出云原生超級計算平臺

德克薩斯高級計算中心(TACC)近期也開始在Dell PowerEdge服務(wù)器中采用BlueField-2。它將在InfiniBand網(wǎng)絡(luò)上使用DPU，使其Lonestar6系統(tǒng)成為云原生超級計算的開發(fā)平臺。

TACC的Lonestar6為德州農(nóng)工大學(xué)、德州理工大學(xué)和北德克薩斯大學(xué)的眾多HPC開發(fā)者，以及一些研究中心和教職人員提供服務(wù)。

MPI獲得加速

在距TACC東北部1200英里的地方，俄亥俄州立大學(xué)的研究人員展示了DPU如何將一個HPC熱門編程模型的運行速度提高26%。

他們通過卸載消息傳遞接口(MPI)的關(guān)鍵部分，加速了P3DFFT，這是一個用于眾多大規(guī)模HPC仿真的數(shù)學(xué)庫。

俄亥俄州立大學(xué)計算機科學(xué)與工程專業(yè)的教授Dhabaleswar K. (DK) Panda在其帶領(lǐng)的MVAPICH開源軟件團隊推動DPU工作，他表示：“DPU就像是為忙碌的高管處理工作的助手，它們將成為主流，因為它們可以加速運行各種工作負載?！?br />
HPC中心和云中的DPU

對于運行藥物研發(fā)或飛機設(shè)計等HPC仿真應(yīng)用的超級計算機而言，高達兩位數(shù)的性能加速是驚人的。Panda表示，云服務(wù)可以利用這些加速提高客戶的生產(chǎn)力，他已收到多個HPC中心的代碼請求。

Quantum InfiniBand網(wǎng)絡(luò)以及NVIDIA SHARP特性，助力他高效完成工作。

他說：“其他人還在談?wù)摼W(wǎng)絡(luò)計算，而InfiniBand已經(jīng)在為它提供支持?！?br />
達勒姆開發(fā)負載均衡

歐洲的多個研究團隊正利用BlueField DPU加速MPI和其他HPC工作負載。

例如，英格蘭北部的達勒姆大學(xué)正在開發(fā)一款軟件，用于在16個節(jié)點的Dell PowerEdge集群上使用BlueField DPU以實現(xiàn)MPI作業(yè)的負載均衡。該項目的首席調(diào)查員Tobias Weinzierl表示，該軟件將為全球各地的HPC設(shè)施更高效地處理更好算法鋪平道路。

劍橋大學(xué)和慕尼黑的DPU應(yīng)用

劍橋大學(xué)、倫敦和慕尼黑的研究人員也在使用DPU。

倫敦大學(xué)學(xué)院正在探索如何在BlueField-2 DPU上為主機系統(tǒng)調(diào)度作業(yè)。例如，可以使用它的能力在主機處理器之間移動數(shù)據(jù)，以便在需要時數(shù)據(jù)已然就位。

Dell PowerEdge服務(wù)器內(nèi)的BlueField DPU可為Cambridge Service for Data Driven Discovery服務(wù)卸載主機CPU的安全策略、存儲框架和其他作業(yè)，從而更大限度地提高系統(tǒng)性能。

與此同時，慕尼黑工業(yè)大學(xué)計算機體系架構(gòu)和并行系統(tǒng)組的研究人員正在尋找方法，使用DPU來卸載MPI和操作系統(tǒng)任務(wù)，這是EuroHPC項目的一部分。

在美國，佐治亞理工學(xué)院的研究人員正在與桑迪亞國家實驗室合作，利用BlueField-2 DPU加速分子動力學(xué)研究。一篇論文描述了他們目前的工作成果，其中表明，算法可以加速高達20%，且不會損失模擬的準(zhǔn)確性。

不斷擴展的網(wǎng)絡(luò)

本月早些時候，日本研究人員宣布將推出一款采用新版NVIDIA H100 Tensor Core GPU的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將搭載速度更快、更智能的NVIDIA Quantum-2 InfiniBand網(wǎng)絡(luò)平臺。

NEC將使用H100的為筑波大學(xué)計算科學(xué)中心構(gòu)建算力大約為6 PFLOPS超級計算機。研究人員將使用該系統(tǒng)實現(xiàn)氣候?qū)W、天體物理學(xué)、大數(shù)據(jù)、AI和更多方面的研究。

與此同時，Panda等研究人員已經(jīng)開始考慮如何使用BlueField-3 DPU的核心功能。

他打趣道：“這就像雇傭擁有大學(xué)學(xué)位的行政助理，而不是那些擁有高中文憑的行政助理一樣，所以我希望能夠完成越來越多的工作卸載?！?/p>