El Capitan: El supercomputador exascalera en Lawrence Livermore
Contenido
Introducción
¡Bienvenido al Podcast Let's Talk Exascale del Proyecto de Computación Exascalar del Departamento de Energía de los Estados Unidos! Soy tu anfitrión, Scott Gibson. En este episodio, vamos a hablar sobre el próximo supercomputador exascalar El Capitan, que se encuentra en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Nuestro invitado especial es Bronis R. de Supinski, el director de tecnología de Livermore Computing en LLNL. Bronis nos dará una visión detallada de cómo El Capitan impactará la misión principal de Livermore Lab en relación con la seguridad nuclear nacional, así como en otras áreas científicas. También discutiremos la importancia de la inteligencia artificial en este proyecto y cómo se ha progresado en el entorno de programación.
El proyecto El Capitan
El Capitan es el primer supercomputador de clase exascalera de LLNL y se espera que supere los dos exaflops de rendimiento Pico, lo que permitirá a los investigadores modelar y simular la física compleja con un nivel de detalle y realismo sin precedentes. El proceso de selección del sitio para El Capitan ha sido exitoso y las instalaciones de Livermore Computing han sido preparadas para recibir el sistema. Además, se está planeando un sistema complementario no clasificado llamado Tuolumne, que será aproximadamente el 10-15% del tamaño de El Capitan.
Impacto en la seguridad nuclear nacional
El Capitan tendrá un impacto transformador en la misión principal de Livermore Lab en relación con la seguridad nuclear nacional. Con este sistema, los investigadores podrán ejecutar simulaciones 3D de manera rutinaria y utilizarlas para la cuantificación de incertidumbres a corto plazo. Esto permitirá un avance significativo en la comprensión y simulación del proceso de fusión y el logro de ganancia de energía en la instalación de ignición nacional (NIF).
Pros:
- Capacidad para ejecutar simulaciones 3D de manera rutinaria.
- Avance en la comprensión del proceso de fusión y el logro de ganancia de energía en NIF.
Con:
- Limitado al ámbito de la seguridad nuclear nacional.
Sistema complementario no clasificado
Al igual que el sistema Lassen complementa al sistema Sierra, El Capitan contará con un sistema complementario no clasificado llamado Tuolumne. Este sistema permitirá a los investigadores llevar a cabo investigaciones en una amplia gama de áreas científicas más allá de la seguridad nuclear. Será aproximadamente el 10-15% del tamaño de El Capitan, pero proporcionará una capacidad adicional para la modelización de materiales, la simulación sísmica y otras disciplinas científicas.
Investigación en fusión
El equipo de LLNL está trabajando activamente en la aplicación ICECAP, que utiliza técnicas de simulación para estudiar la fusión y el proceso de ignición en NIF. El objetivo es lograr que la obtención de ganancia de energía sea Algo habitual en NIF, mediante la simulación del proceso de fusión con un alto nivel de detalle y precisión. El Capitan permitirá a los investigadores continuar este trabajo y avanzar en la investigación y el desarrollo de la energía de fusión.
Beneficios en otras áreas científicas
Aunque El Capitan se utilizará principalmente para la seguridad nuclear nacional, también se espera que tenga beneficios significativos en otras áreas científicas. La capacidad de modelar y simular fenómenos complejos con un alto nivel de detalle permitirá avances en la comprensión del universo, la ciencia de materiales, la dinámica molecular y la modelización climática. Si bien la mayor parte de este trabajo se realizará en el sistema complementario Tuolumne, El Capitan podrá proporcionar capacidades adicionales para ejecutar simulaciones de corta duración en casos particulares.
El papel de la inteligencia artificial
El proyecto ICECAP, que utiliza técnicas de inteligencia artificial (IA), es un ejemplo del papel que jugará la IA en El Capitan y en futuros sistemas exascalares. La IA se utiliza para acelerar las simulaciones de procesos de fusión, evitando la necesidad de realizar simulaciones físicas detalladas en ciertos aspectos. Además, la IA se utiliza para la cuantificación de incertidumbres, guiando la selección de parámetros en las simulaciones y mejorando la precisión de los resultados.
El software de El Capitan
El software utilizado en El Capitan es una parte crucial del proyecto. El sistema operativo utilizado será el Red Hat Enterprise Linux (RHEL) en su versión 8, con planes de actualizar a la versión 9 en el futuro. Para la gestión del sistema, se utilizará el software TOSS, basado en RHEL. Además, Livermore Computing ha desarrollado su propio gestor de recursos llamado Flux, que se utilizará como gestor de recursos en El Capitan.
Portando los códigos a El Capitan
El proceso de portar los códigos de los científicos al sistema El Capitan ha sido facilitado por el uso de suites de portabilidad como RAJA. RAJA es una biblioteca de abstracciones de C++ que simplifica el proceso de portabilidad de los códigos a nuevos sistemas, como las GPUs. Gracias a estas herramientas, los científicos de LLNL han podido prepararse para utilizar las GPUs de AMD en El Capitan en un tiempo relativamente corto.
Progreso en el entorno de programación
Se han logrado avances significativos en el entorno de programación de El Capitan. El trabajo conjunto entre los equipos de desarrollo de LLNL y los fabricantes de hardware, como AMD, ha permitido mejorar el soporte de OpenMP y otras tecnologías en los compiladores. Esto ha facilitado el proceso de portar los códigos existentes y ha permitido a los científicos utilizar todo el potencial de los sistemas exascalares.
La asociación con HPE y AMD
La asociación con Hewlett Packard Enterprise (HPE) y AMD ha sido fundamental para el éxito del proyecto El Capitan. HPE ha proporcionado recursos y conocimientos técnicos para garantizar que el sistema cumpla con los requisitos de LLNL, incluyendo la disponibilidad del sistema operativo Red Hat en todos los nodos. Por su parte, AMD ha trabajado en estrecha colaboración con LLNL para desarrollar las tecnologías necesarias, como los procesadores APU de la serie MI300, que ofrecen un alto rendimiento computacional y un excelente equilibrio entre CPU y GPU.
Preparando las instalaciones de Livermore Computing
La preparación de las instalaciones de Livermore Computing para recibir El Capitan ha sido un proceso complejo que ha requerido la colaboración de todo el equipo de LLNL. Se han realizado mejoras en la infraestructura eléctrica y de refrigeración para asegurar el Correcto funcionamiento del sistema. Además, se ha trabajado en el desarrollo y despliegue de software, como Flux, para gestionar adecuadamente los recursos del sistema.
El impacto de PathForward y ECP
El proyecto PathForward, financiado por el Proyecto de Computación Exascalar (ECP), ha sido fundamental para preparar el ecosistema de computación exascalar y sentar las bases para la realización del proyecto El Capitan. Este programa de investigación y desarrollo ha permitido a los fabricantes de hardware, como Cray, HPE, AMD, Intel, IBM y NVIDIA, desarrollar tecnologías clave que se utilizan en los sistemas exascalares actuales. Además, el ECP ha financiado proyectos relacionados con software, como Flux y las bibliotecas de RAJA y Kokkos, que han mejorado significativamente el entorno de desarrollo y la portabilidad de los códigos científicos.
Conclusiones
El proyecto El Capitan es un hito importante en la computación exascalar y tendrá un impacto significativo en la investigación científica y en los esfuerzos de seguridad nacional de LLNL. Gracias a su capacidad de procesamiento y simulación de alto rendimiento, El Capitan permitirá avances en la modelización y simulación de fenómenos complejos en una amplia gama de disciplinas científicas. La colaboración con HPE y AMD, así como el apoyo del ECP, ha sido fundamental para el éxito del proyecto. Estamos emocionados por ver los resultados que se lograrán con El Capitan y las contribuciones que hará a la comunidad científica.
Nota: La traducción se ha adaptado al contexto en español y se han mantenido los nombres de los proyectos y tecnologías en su forma original en inglés, ya que son términos ampliamente utilizados en la comunidad científica. También se han agregado los pros y contras donde corresponde.
Recursos:
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