全球的超級(jí)計(jì)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(jì)算提升到一個(gè)新的水平

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

美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LANL)正在與NVIDIA進(jìn)行一項(xiàng)為期多年的廣泛合作，這項(xiàng)合作旨在將計(jì)算型多物理應(yīng)用的性能提高30倍。

LANL研究人員預(yù)計(jì)，使用在NVIDIA Quantum InfiniBand網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)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(jì)算存儲(chǔ)、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(jìn)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(jì)計(jì)算框架( Unified Communication Framework)的一個(gè)項(xiàng)目，Unified Communication Framework是一個(gè)旨在實(shí)現(xiàn)HPC應(yīng)用異構(gòu)計(jì)算的聯(lián)盟，成員包括Arm、IBM、NVIDIA、美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)的一些大學(xué)。

LANL已經(jīng)感受到網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的強(qiáng)大功能，這要?dú)w功于其創(chuàng)建的DPU賦能的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

加速閃存盒（ABoF，如下圖所示）將固態(tài)存儲(chǔ)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(dá)同類存儲(chǔ)系統(tǒng)的30倍，并將成為L(zhǎng)ANL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(jì)算靠近存儲(chǔ)，可更大限度減少數(shù)據(jù)移動(dòng)，從而提高仿真和數(shù)據(jù)分析工作流程的效率。”

德克薩斯州打造出云原生超級(jí)計(jì)算平臺(tái)

德克薩斯高級(jí)計(jì)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(jí)計(jì)算的開發(fā)平臺(tái)。

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(gè)HPC熱門編程模型的運(yùn)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(gè)用于眾多大規(guī)模HPC仿真的數(shù)學(xué)庫(kù)。

俄亥俄州立大學(xué)計(jì)算機(jī)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(tuán)隊(duì)推動(dòng)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?yàn)樗鼈兛梢约铀龠\(yùn)行各種工作負(fù)載?！?br />
HPC中心和云中的DPU

對(duì)于運(yùn)行藥物研發(fā)或飛機(jī)設(shè)計(jì)等HPC仿真應(yīng)用的超級(jí)計(jì)算機(jī)而言，高達(dá)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(gè)HPC中心的代碼請(qǐng)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(jì)算，而InfiniBand已經(jīng)在為它提供支持。”

達(dá)勒姆開發(fā)負(fù)載均衡

歐洲的多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正利用BlueField DPU加速M(fèi)PI和其他HPC工作負(fù)載。

例如，英格蘭北部的達(dá)勒姆大學(xué)正在開發(fā)一款軟件，用于在16個(gè)節(jié)點(diǎn)的Dell PowerEdge集群上使用BlueField DPU以實(shí)現(xiàn)MPI作業(yè)的負(fù)載均衡。該項(xiàng)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(jī)系統(tǒng)調(diào)度作業(yè)。例如，可以使用它的能力在主機(jī)處理器之間移動(dòng)數(shù)據(jù)，以便在需要時(shí)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(jī)CPU的安全策略、存儲(chǔ)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(shí)，慕尼黑工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)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(xiàng)目的一部分。

在美國(guó)，佐治亞理工學(xué)院的研究人員正在與桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，利用BlueField-2 DPU加速分子動(dòng)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(dá)20%，且不會(huì)損失模擬的準(zhǔn)確性。

不斷擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)

本月早些時(shí)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(tái)。

NEC將使用H100的為筑波大學(xué)計(jì)算科學(xué)中心構(gòu)建算力大約為6 PFLOPS超級(jí)計(jì)算機(jī)。研究人員將使用該系統(tǒng)實(shí)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(shí)，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>