Eftersom GPU -arkitekturer har blivit standarden för vetenskaplig databehandling, applikationsteam har varit tvungna att bygga om sina vetenskapliga koder för att kunna köras på nya system. Även team med koder som har omkonstruerats för GPU:er måste kontinuerligt anpassa dem för nya arkitekturer.

Evan Schneider från Princeton University, fastän, började utveckla sin kod för GPU:er från början. Under 2012, Schneider stod inför utmaningen att ta reda på hur man löser enorma astrofysiska problem med hjälp av GPU-kluster. Det som började med små kluster vid University of Arizona med hennes doktorandrådgivare, Brant Robertson - för närvarande docent vid University of California, Santa Cruz-så småningom kördes på den nu avvecklade Superdator Cray XK7 Titan vid Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), en US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility belägen vid DOE:s Oak Ridge National Laboratory. Koden – kallad Cholla, eller beräkningshydrodynamik om ∥ (parallella) arkitekturer - är nu en av de första koder som skrivs om för Frontier, ett exascale-system som ska implementeras vid OLCF 2021.

"Med Frontier, det kommer att finnas så mycket mer ström på GPU:erna, ", sa Schneider. "Det är verkligen inte meningsfullt att göra nästan vad som helst på processorerna längre, så mycket av det vi tränar är att få några av våra ytterligare fysikmoduler att köra på GPU:erna. "

Koden är en av åtta i Center for Accelerated Application Readiness (CAAR), ett försök att förbereda vetenskapliga tillämpningar för Frontier. Cholla används för att simulera fysiska system som är involverade i galaxutvecklingen, vilket är hur galaxer i universum förändras med tiden. Galaxer består av inte bara stjärnor utan också damm och gas som samverkar för att påverka denna utveckling. Teamets mål är att köra en simulering av Vintergatan som inkluderar all gasfysik som förekommer, förutom alla stjärnor.

"Vi behöver högupplösta modeller eftersom vi verkligen vill spåra gasen i alla dess olika faser - varm, kall, varm, hög hastighet, och så vidare, ", sade Schneider. "Vi vill förstå gasfysiken som driver stjärnbildningen och varför galaxer slutar bilda stjärnor. För att utnyttja de observationsdata vi redan har, vi måste göra en extremt stor simulering. "

Cholla är för närvarande kompatibel med NVIDIA:s CUDA -programmeringsspråk för att köras på OLCF:s IBM AC922 Summit -system, som har NVIDIA Tesla V100 GPU:er. Nu, Schneider och hennes team, med CAAR -kontakt Reuben Budiardja i OLCF:s Scientific Computing Group och representanter från AMD och Cray, använder Heterogenous-Compute Interface for Portability (HIP) för att göra precis vad namnet antyder-översätta vissa delar av koden för att vara bärbara för Frontier-arkitekturen, som kommer att innehålla Crays Shasta -arkitektur och Slingshot Interconnect samt AMD EPYC -processorer och AMD Radeon Instinct GPU:er. Denna översättningsprocess låter användare som Schneider anpassa sig till nya GPU -arkitekturer som Frontier.

Schneiders doktorand, Orlando Warren vid University of Pittsburgh - där Schneider nyligen accepterade en tjänst som biträdande professor - har redan skrivit om mycket av GPU -delen av koden för att vara kompatibel med HIP. Nästa, teamet kommer att skriva om delarna av Cholla som för närvarande körs på processorer, så att dessa kan köras på GPU också.

Robertson arbetar med sin doktorand, Bruno Villasenor, som lägger till betydande bitar till Cholla, inklusive de beräkningar som behövs för att lösa gravitationen i lagets jättelika Vintergatans simulering. Schneider koordinerar ansträngningarna att omarbeta koden samt lägger till vad hon kallar "klockor och visselpipor" för att ytterligare förfina de simuleringar som krävs för att förstå stjärnbildning.

Med Frontier, teamet tror att de kommer att kunna simulera stjärnbildning med hög upplösning.

"Just nu, vi skulle vilja identifiera hur gas lämnar galaxen och återvänder till den och hur det påverkar stjärnbildningsprocessen i Vintergatan. Ju högre upplösning vi kan få, desto bättre kan vi förstå gasens fysiska processer, och det påverkar många olika problem inom astrofysik. "

Det sista steget, Schneider sa, säkerställer att den nya koden fungerar när den överförs till tusentals GPU:er istället för att bara köras på några få, en uppgift som kräver ett storskaligt högpresterande datorsystem som Summit. Teamet kommer att köra storskaliga tester på Summit innan de körs på Frontier-systemet när det distribueras nästa år.