6. HPC-Status-Konferenz der Gauß-Allianz
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Hamburg, 28. - 29. Nov. 2016

Begrüßung zur 6. HPC-Status-Konferenz der Gauß-Allianz

Eröffnung der 6. HPC-Status-Konferenz der Gauß-Allianz und Vorstellung des DESY

Kurzübersicht über die Gauß-Allianz und ihre Aktivitäten

We present the results of the BMBF project Scalable Tools for the Analysis and Optimization of Energy Consumption in HPC (Score-E) (Grant No. 01IH13001; October 2013–September 2016). Specifically, within the framework of this project the established performance analysis tools Vampir, Scalasca and Periscope Tuning Framework (PTF) and their joint underlying measurement infrastrcuture Score-P have been extended; in addition to their traditional features they now contain the capability to investigate HPC codes with respect to their energy requirements. Moreover, the project developed concepts and tools for reducing the energy consumption of HPC applications. For example, a new energy tuning plugin for PTF was designed and implemented. This plugin searches for the best settings of important tuning parameters such as the number of processes and threads as well as the clock frequency. Furthermore, since not all energy related data that may be relevant for tuning and optimization purposes is accessible for direct measurements, appropriate models have been developed that allow a reliable prediction of the code’s behaviour in such cases too. Other key outcomes of Score-E are Extra-P, a tool for the automatic detection of unintentionally poor scalability behaviour, and the Performance Visualization Toolkit (pvt), a software system that adds a significant amount of new possibilities for visualizing the performance and energy measurement data. This includes, among others, automatic tools that support the user in analyzing the measurements, thus simplifiying the search for bottlenecks, and the possibility to display performance data on the real geometry of the simulated process, hence improving the understanding of the connections between the behaviour of the code under investigation and the properties that are currently being simulated. Finally we indicate currently ongoing activities that extend the results from Score-E, in particular with respect to the automation of the tuning workflow, thus relieving the software developer from this possibly highly time-comsuming task.

Hybride Parallelisierung, also die Kombination von MPI und OpenMP und ggfs. einem weiteren Paradigma zur Programmierung von Beschleunigern bzw. Vektoreinheiten wird zunehmend wichtiger, um moderne Cluster effizient ausnutzen zu können. Im Rahmen von ELP wird unter Zuhilfenahme von Methoden der Compiler- und Laufzeittechnologie eine effektive Laufzeitunterstützung entwickelt, um leistungsfähige Softwarewerkzeuge in den Arbeitsfluss zu integrieren und insgesamt die Komplexität der Entwicklung paralleler Programme zu reduzieren. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Unterstützung der aktuellen Standards OpenMP 4.0 und OpenACC, welche die Programmierung von Beschleuniger- bzw. Vektoreinheiten moderner Rechnerarchitekturen unterstützen und standardisieren. In diesem Vortrag präsentieren wir die Beiträge von ELP zur Weiterentwicklung und Verbreitung der beiden Standards sowie zur Korrektheits- und Performanceanalyse hybrid-paralleler Programme mit den Werkzeugen MUST und VAMPIR.

Mit wachsender Komplexität von HPC Systemen steigt der Bedarf die Rechenknoten sowie deren Vernetzung zu überwachen. Für die generelle Systemüberwachung existieren bereits einige ausgreifte Softwarelösungen. Die Möglichkeiten für Benutzer ihre eigenen Berechnungen zur Laufzeit zu überwachen sind jedoch zumeist eingestränkt. Desweiteren bieten diese Systeme zumeist nur knotenweite Datenerfassung mit Konzentration auf Ressourcenverbrauch, während die Möglichkeit Performancemetriken sowie Applikationsmetriken zu erfassen oft nicht realisiert ist. Der FEPA Monitoring Stack bietet neben System-, Job- und Performanceüberwachung auf Systemebene auch Möglichkeiten für Benutzer applikationsspezifische Metriken und Events im Monitoringsystem abzulegen und sich grafisch aufbereiten zu lassen. Im Rahmen des Abschlussvortrags wird der FEPA Stack vorgestellt und dessen zukünftige Weiterentwicklung umrissen und zur Diskussion gestellt.

"Find a Suitable Topology for Exascale Applications" (FaST) ist ein Forschungsprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung bis Ende 2016 gefördert wird. Es beschäftigt sich mit der zeitlichen und räumlichen Platzierung von Prozessen in Hochleistungsrechnern der Zukunft. Grundannahme ist, dass sich der aktuelle Trend in der Hardwareentwicklung fortsetzen wird und die CPU-Leistung deshalb deutlich schneller als andere Ressourcen wie die I/O-Leistung wachsen wird. Um zu verhindern, dass diese Ressourcen zu Engpässen im System werden, wurden neue Scheduling-Ansätze entwickelt, die Systemressourcen überwachen und lokale Anpassungen an der Jobverteilung vornehmen. Im Rahmen dieses Abschlussvortrags werden die einzelnen Systemkomponenten, deren Integration sowie die in dem Projekt gemachten Erfahrungen vorgestellt.

Traditionelle Betriebssysteme sind ungeeignet für den Grad an Skalierbarkeit und Heterogenität den derzeitige und künftige Many-Core Prozessoren aufweisen. Mit MyThOS haben wir ein Betriebssystem realisiert, das auf hohe Skalierbarkeit und minimalen Overhead und Ressourcen-Bedarf ausgelegt ist, was es ideal für eingebettete und hochskalierbare Systeme macht. Es zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass praktisch ohne Zeitverlust neue Threads instanziiert und sogar migriert werden können, als auch dass es Systemprozeduren, Speicher und Kommunikationsschnittstellen effizienter verwaltet. Wir können zeigen, dass MyThOS deutlich effizienter als Linux ist und dank seiner Architektur für verschiedenste skalierbare und verteilte Anwendungen geeignet ist.

Abfahrt vom Konferenzort mit dem Bus zum XFEL: 16:30 Uhr
2 parallele Führungen für je 20 Personen

In der Metropolregion Hamburg entsteht mit dem European XFEL eine Großforschungsanlage der Superlative: 27 000 Röntgenlaserblitze pro Sekunde und eine Leuchtstärke, die milliardenfach höher ist als die besten Röntgenstrahlungsquellen herkömmlicher Art, werden völlig neue Forschungsmöglichkeiten eröffnen. Forschergruppen aus aller Welt können an dem europäischen Röntgenlaser atomare Details von Viren und Zellen entschlüsseln, dreidimensionale Aufnahmen im Nanokosmos machen, chemische Reaktionen filmen und Vorgänge wie die im Inneren von Planeten untersuchen. Die European XFEL GmbH ist eine gemeinnützige Forschungsorganisation, die eng mit dem Forschungszentrum DESY und weiteren internationalen Institutionen zusammenarbeitet. Bei Beginn des Nutzerbetriebs im Jahr 2017 wird sie rund 280 Menschen beschäftigen. Mit Kosten von 1,22 Milliarden Euro (Preisniveau 2005) für Bau und Inbetriebnahme und einer Länge von 3,4 Kilometern ist European XFEL eines der größten und ambitioniertesten europäischen Forschungsprojekte. Derzeit beteiligen sich elf Länder: Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, Polen, Russland, Schweden, die Schweiz, die Slowakei, Spanien und Ungarn. Deutschland (Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie die Länder Hamburg und Schleswig-Holstein) trägt 58 Prozent der Kosten, Russland 27 Prozent. Die anderen Partnerländer sind mit ein bis drei Prozent beteiligt. Mehr Informationen finden Sie unter www.xfel.eu/de