En Enero de 2017 se otorgaron los proyectos Iniciativa de Proyectos Acelerados de Cálculo (IPAC) en dos tipos, los Proyectos de Avances Decisivos con Supercómputo (PADS) de un millón de horas.core y los Proyectos de Cálculo (PDC) de entre trescientas y quinientas mil horas.core.

Abajo incluimos todos los proyectos otorgados, la cantidad de horas asignadas y el supercomputador donde correrán.

Hay una pregunta muy sencilla que intentaremos contestar. ¿Es lo mismo la hora/core en TUPAC, Mendieta, Pirayú o cualquiera de los clusters asociados al SNCAD?

Para contestar esto utilizaremos solo una parte de un modelo muy básico que es el roofline model propuesto por Williams, Waterman y Patterson en 2009: miraremos la performance pico teórica de cada núcleo puesto en juego. A manera de ejemplo TUPAC está constituido por pastillas AMD Opteron 6276 que dan 147.2 GFLOPS de potencia pico de cálculo para números de doble precisión, mientras que Mendieta, eroga 224 GFLOPS en cada una de sus pastillas Intel Xeon E5-2680v2.

La siguiente tabla muestra el detalle de cada uno de los procesadores y la potencia de cálculo por core de cada uno.

De esta tabla se deduce que bajo este modelo simplificado un proyecto de 500.000 horas.core de Mendieta equivale a 1.215.000 horas en TUPAC y que un proyecto de 420.000 horas.core en Pirayú equivale a 1.461.600 horas.core de TUPAC. Luego los dos proyectos chicos de PDC corriendo en Mendieta y en Pirayú equivalen en cantidad de trabajo a casi los tres proyectos grandes en TUPAC.

La pregunta es básica ¿porque hay tanta distorsión? Hay varias respuestas posibles.

La primera es que la performance secuencial pura por core está creciendo lenta pero progresivamente. En el caso de Intel, a un ritmo de entre 5% y 15% de mejora por generación que sale cada año.

Segunda, cada núcleo incorpora paralelismo a nivel de datos (SIMD) cada vez más ancho e instrucciones especiales como FMAD que realizan dos operaciones de punto flotante en cada ciclo de reloj.

Finalmente, y la que creemos más de peso, los procesadores Opteron que parecen ser poco eficientes. En realidad están mal contados los núcleos. Todos los procesadores de la lista tienen arquitectura Bulldozer, la cual incorpora 16 núcleos, pero 8 unidades de punto flotante en su esquema FlexFP, es decir que para cálculos numéricamente intensivos, cada pastilla Bulldozer hay que contarla como de 8 unidades.

Si cambiamos la tabla y ponermos los núcleos reales de Opteron obtenemos lo siguiente:

La tabla corregida muestra diferencias entre la performance por núcleo, mucho menos pronunciada que la tabla anterior. De todas formas Pirayú es casi el doble de rápida por core que TUPAC, mostrando los casi tres años de evolución en la mejora de performance ILP (instruction level parallelism) y DLP (data level parallelism o SIMD).

Este modelo está por demás simplificado y se podría argumentar que resulta poco ajustado a workloads que son eminentemente dominadas por el ancho de banda de memoria y por lo que se debería hacer un análisis similar pero para esta otra parte del roofline model.

Lo importante es puntualizar que aunque la iniciativa IPAC es muy importante para que todos los clusters de Argentina integrados al SNCAD se utilicen para proyectos grandes que cambien la forma de hacer ciencia para los grupos en cuestión, también es importante tener en cuenta los aspectos técnicos del supercomputador y definir el uso respecto a estos parámetros.

Dr. Nicolás Wolovick
Miembro del CCAD-UNC
Líder del Grupo de GPGPU Computing

De acuerdo a las ultimas novedades en materia de financiamiento, Argentina podría finalmente dejar se der el único país del G20 que no posee una supercomputadora clasificada en la lista TOP500. Mediante la Resolución 641-16 correspondiente a la adjudicación de Proyectos de Modernización de Equipamientos presentados en 2015 se otorgaron beneficios a la computación de alto desempeño (HPC) por un total de $ 37.202.000. Este monto corresponde a los proyectos 2015-036 presentado por el Dr. Mario Storti del CIMEC con un importe adjudicado de $ 16.910.000 y 2015-129 presentado por la Dra. Ana Maria Llois de la CNEA con un importe adjudicado de $ 20.292.000. Teniendo en cuenta los últimos valores de mercado y la cotización de la divisa norteamericana, en la actualidad se podría comprar con este dinero el equivalente a 682 TFLOPS de potencia de cálculo efectiva. Si consideramos que el cluster mas importante del país no llega a 50 TFLOPS de potencia teórica podemos apreciar la magnitud de la noticia. Sin embargo, si consideramos el retraso relativo en la materia con respecto a países similares podemos afirmar que se trata solamente de un pequeño paso en la dirección correcta que alcanzará a cubrir una porción de las necesidades actuales.

¡Felicitaciones a los colegas del CIMEC y de la CNEA por este logro!

En Enero de este año el SNCAD comunicó los proyectos aprobados en la convocatoria IPAC donde el CCAD-UNC se comprometió a entregar 500000 horas/core para un Proyecto de Cálculo (PAD). El proyecto asignado fue el presentado por el Dr. Carlos Ruestes de UNCuyo-CONICET. Vamos a conocer su experiencia dentro del CCAD-UNC hasta el momento.

Hola Carlos. Contanos donde trabajás, que hace tu grupo.
Actualmente soy investigador asistente de CONICET y trabajo en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Cuyo, recientemente designada como unidad ejecutora de doble dependencia CONICET-UNCUYO. En el grupo realizamos estudios relacionados a ciencia de materiales, principalmente propiedades mecánicas de metales nanocristalinos, también estudiamos grafeno y otros materiales no metálicos.

¿Qué herramientas computacionales usa? ¿Porqué necesitan del HPC?
La herramienta que usamos es LAMMPS, acrónimo para Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator. Para una adecuada comparación entre estudios experimentales y resultados computacionales es preciso achicar las brechas de escala dimensional y temporal que existen entre experimentos y simulaciones atomísticas. Así resulta fundamental trabajar con sistemas simulados con una cantidad de átomos del orden de 10⁷ y aplicando solicitaciones dinámicas en tiempos realistas. El problema de la escala dimensional puede ser atacado mediante paralelización, empleando múltiples procesadores simultáneamente, cada uno de ellos resolviendo un subdominio de la muestra original. La cuestión de la escala temporal es más problemática, pero computacionalmente hablando digamos que está linealmente relacionada con la velocidad de los procesadores. Es evidente que la computación en paralelo y de alta performance es el recurso indispensable para tratar con este tipo de problemas.

Cuando aparecieron los IPAC ustedes pidieron un proyecto de 500000 horas/core. Contame de que se trata el proyecto, que software van a utilizar y como estimaron el tiempo de cálculo.
El proyecto trata sobre el estudio de los mecanismos de deformación en metales cuando son sujetos a procesos de mecanizado nano-escala.
Los procesos de rayado y corte nanométrico son dos técnicas prometedoras y que han atraído gran interés de la comunidad científica internacional por su potencial impacto para la fabricación de estructuras y dispositivos a nano-escala. Estas técnicas son las que han permitido, entre otras cosas, fabricar transistores de tipo IPG (in-plane-gate) y SET (single-electron transistors) mediante el nanomecanizado de hetero-estructuras de arseniuro de galio / arseniuro de galio-aluminio (GaAs/AlGaAs) utilizando un microscopio de fuerza atómica. El concepto de la tecnología de rayado y corte nanométrico tiene consecuencias de largo alcance, ya que permitiría mejorar sensiblemente procesos productivos asociados a la fabricación de dispositivos micro y nanoelectromecánicos, entre otras aplicaciones.
La técnica de estudio es dinámica molecular y el software es LAMMPS, cuyo rendimiento en HPC es muy bueno y el tiempo de cálculo lo estimamos por experiencia previa con Mendieta y con un clúster estadounidense de similares características.

El SNCAD les asignó a CCAD-UNC como unidad para ejecución de tu proyecto. Contame como fue el proceso de pedido de cuenta y de establecimiento del entorno de trabajo.
El proceso fue sencillo y completé una solicitud de cuenta en el sitio del CCAD-UNC. El establecimiento del entorno de trabajo fue una cuestión de minutos y los inconvenientes que surgieron (mínimos y esperables) fueron de muy rápida solución gracias al soporte de Antonio Russo.

Veo que al día de hoy tenés 7326 horas/core utilizadas en Mendieta. Me gustaría que nos des tu impresión de como ha sido hasta ahora el trabajo en Mendieta y que esperas para futuro ya que queda un largo camino para completar esa cantidad de horas.
Aún no he podido hacer mucho uso del equipo, por cuestiones ajenas al CCAD. El tiempo de la solicitud me permitió incrementar notablemente el tamaño de la simulación que puedo realizar y eso trajo aparejado algunos inconvenientes. De hecho casi el total de las horas utilizadas hasta ahora fue destinada a pruebas para la modificación de la estrategia en una etapa particular de la simulación. Recién logramos superar el inconveniente durante la primera semana de Marzo, así que esperamos hacer un uso más intensivo del equipo en las próximas semanas.
El equipo funciona muy bien, y la tasa de transferencia de datos en tarde/noche es buena.

¿Como ves los proyectos IPAC y la situación del HPC en la Argentina?
Los proyectos IPAC me parecen una iniciativa importante, por la forma en la que el llamado fue planteado, favoreciendo proyectos que aborden un problema científico y/o tecnológico desafiante, dando prioridad a los proyectos que planteen problemas de transferencia de tecnología o con posibles aplicaciones.

Muchas gracias por tu tiempo.
¡Gracias a ustedes!

El lunes 6 de marzo de 2017 se puso en práctica el acuerdo firmado en 2015 entre el CCAD-UNC y EDF(*), la empresa nacional de energía eléctrica de Francia.
Gracias a dicho acuerdo y al financiamiento otorgado por el Ministerio de Modernización de la Nación a través del programa Bec.Ar los investigadores del CIMEC Mario Storti y Luciano Garelli están realizando una estadía en los laboratorios de Investigación y Desarrollo que la empresa gala posee en la Isla de Chatou, ubicada en el suburbio oeste de París.
La estadía tendrá una duración de 3 meses y se desarrollará en 2 etapas.

La primera etapa de un mes de duración tiene como objetivo desarrollar las habilidades de los investigadores en el uso avanzado de Code Saturne, un programa de propósito general para la resolución de problemas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) desarrollado por el departamento de investigación de EDF desde 1997, y disponible bajo licencia GPL (Open Source) a partir de marzo de 2007.

La segunda etapa de dos meses de duración prevé una capacitación intensiva para comprender la arquitectura del software y alcanzar un grado de aprendizaje del código a nivel de desarrollador. Se podrán incorporar de este modo nuevas funcionalidades y adaptar el software a los problemas planteados por los industriales de nuestro país.

Además, esta estadía es el fruto de gestiones internacionales para coordinar los objetivos y las prioridades de las instituciones que participan, y la misma constituye un gran primer paso para afianzar los vínculos estratégicos entre el sistema público de investigación de Argentina y un industrial europeo de primera linea.
Es también un primer paso en la construcción del Centro Federal Argentino de Supercomputo (CFAS) que se viene promoviendo cada vez con mas fuerza desde el interior del país.

Aprovechamos la ocasión para agradecerle a nuestro colega Antonio Russo por la labor desarrollada, como así también a los doctores Martin Ferrand e Yvan Fournier de EDF que posibilitaron este intercambio. Les deseamos también una excelente estadía en la ciudad luz a Mario y a Luciano, dignos embajadores del sistema científico nacional.
 
(*) Electricité de France (EDF) es el mayor productor europeo de electricidad. En la actualidad, el grupo compite en los principales mercados internacionales presentándose como una empresa integrada activa en todos los segmentos del negocio como la generación, la transmisión, la distribución y la comercialización de energías. El Grupo EDF cuenta con más de 158.000 empleados y una facturación anual de 75.594 millones de euros. En términos de infraestructura, transporte y distribución de energía, EDF y sus filiales operan 1.285.000 km de líneas aéreas y subterráneas de baja y media tensión y alrededor de 100.000 km de redes de alta y muy alta tensión. EDF posee más de 38.000.000 de clientes en todo el mundo de los cuales 28.000.000 se encuentran en Francia.
EDF cuenta con su propio departamento de Investigación y Desarrollo que en la actualidad emplea 2125 investigadores a tiempo completo y aproximadamente 500 becarios. Posee ademas varias supercomputadoras de tipo "Beowulf" clasificadas en la lista TOP500 [1, 2], capaces de representar numéricamente con gran precisión, fenómenos y sistemas que constituyen las actividades principales de la empresa.