利用NVIDIA BlueField DPU將加速計(jì)算提升到新的水平

全球的超級計(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，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)大功能為超級計(jì)算機(jī)提供強(qiáng)大助力。

美國洛斯阿拉莫斯國家實(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 、美國國家實(shí)驗(yàn)室和美國的一些大學(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 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(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?！?/p>

德克薩斯州打造出云原生超級計(jì)算平臺

德克薩斯高級計(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)成為云原生超級計(jì)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(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。

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?！?/p>

HPC 中心和云中的 DPU

對于運(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?！?/p>

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 MPI 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，佐治亞理工學(xué)院的研究人員正在與桑迪亞國家實(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。

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>

原文標(biāo)題：ISC22 | HPC 研究人員借助 NVIDIA BlueField DPU 為網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的未來打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

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