以亿亿磅级模拟星星需要HIP解决方案

 
随着GPU架构已成为科学计算的标准，应用程序团队不得不对他们的科学代码进行改造以在新系统上运行。即使是具有针对GPU重新设计过的代码的团队，也必须不断地使其适应新的体系结构。
不过，普林斯顿大学的Evan Schneider一开始就开始为GPU开发代码。 2012年，施耐德面临着解决如何使用GPU群集解决巨大的天体物理学问题的挑战。最初是由亚利桑那大学的博士生导师布兰特·罗伯森(Brant Robertson)(现为加利福尼亚大学圣克鲁斯分校副教授)在亚利桑那州大学的小型集群上进行的，最终是在橡树岭领导力计算设施的现已淘汰的Cray XK7 Titan超级计算机上运行(OLCF)，位于能源部橡树岭国家实验室的美国能源部(DOE)科学用户设施办公室。该代码(称为Cholla或∥(并行)体系结构上的计算流体力学)现在是为Frontier(为2021年在OLCF部署的百亿分之一系统)重写的第一批代码之一。
施耐德说：“有了Frontier，GPU上将有更多的可用功能。” “现在几乎不再需要在CPU上执行任何操作，因此，我们正在做的很多工作都是使一些其他物理模块在GPU上运行。”
该代码是加速应用准备中心(CAAR)的八分之一，该中心致力于为Frontier准备科学应用。 Cholla用于模拟与星系演化有关的物理系统，这是宇宙中星系随时间变化的方式。星系不仅由恒星构成，还由相互作用影响这种演化的尘埃和气体组成。该团队的目标是对银河系进行模拟，除了所有恒星外，它还包含所有发生的气体物理学。
施耐德说：“我们需要高分辨率的模型，因为我们真的想跟踪气体在其各个不同阶段的状态，包括热，冷，热，高速等。” “我们想了解气体物理学驱动恒星的形成，以及星系为何停止形成恒星。要利用已有的观测数据，我们需要做一个非常大的模拟。”
Cholla当前与NVIDIA的CUDA编程语言兼容，可在OLCF的IBM AC922 Summit系统上运行，该系统具有NVIDIA Tesla V100 GPU。现在，Schneider和她的团队与OLCF科学计算小组的CAAR联络人Reuben Budiardja以及AMD和Cray的代表一起，正在使用异构计算接口进行可移植性(HIP)，按照其名称的含义进行操作-翻译可以移植到Frontier架构的代码，它将采用Cray的Shasta架构和Slingshot Interconnect以及AMD EPYC CPU和AMD Radeon Instinct GPU。这种转换过程使Schneider等用户可以适应Frontier等新的GPU架构。
施耐德(Schneider)的研究生，匹兹堡大学的奥兰多·沃伦(Orlando Warren)，施耐德(Schneider)最近在那儿接受了助理教授的职位，他已经重写了大部分代码的GPU部分以与HIP兼容。接下来，团队将重写当前在CPU上运行的Cholla片段，以便它们也可以在GPU上运行。
罗伯逊(Robertson)与他的研究生布鲁诺·比利亚森(Bruno Villasenor)一起工作，布鲁诺·比利亚森(Bruno Villasenor)正在为Cholla添加大量内容，包括在车队巨大的银河系模拟中解决重力所需的计算。施耐德(Schneider)正在协调重新设计代码的工作，并添加了她所谓的“钟声和口哨声”，以进一步完善理解恒星形成所必需的模拟。
团队相信，有了Frontier，他们将能够模拟高分辨率的恒星形成。
“目前，我们想确定气体如何离开银河并返回银河，以及它如何影响银河系中恒星的形成过程。我们获得的分辨率越高，就越能更好地理解银河系的物理过程。气体，最终影响了天体物理学中的许多不同问题。”
施耐德说，最后一步是确保新代码在传输到数千个GPU时能够正常工作，而不是仅在少数几个GPU上运行，这是一项需要诸如Summit之类的大型高性能计算系统的任务。该团队将在明年部署的Frontier系统上运行之前，在Summit上进行大规模测试。