p Um programa de software Sandia National Laboratories agora instalado como um teste adicional para o desafio do supercomputador TOP500 amplamente observado tornou-se cada vez mais proeminente. O nome completo do programa - High Performance Conjugate Gradients, ou HPCG - não vem tropeçando na língua, mas está se espalhando que este programa relativamente novo de benchmarking está se tornando tão valioso quanto seu venerável parceiro - o programa LINPACK de alto desempenho - que alguns dizem ter se tornado menos do que satisfatório na medição de muitos dos desafios computacionais de hoje. p "O programa LINPACK costumava representar um amplo espectro de cálculos centrais que precisavam ser realizados, mas as coisas mudaram, "disse o pesquisador de Sandia Mike Heroux, quem criou e desenvolveu o programa HPCG. "O programa LINPACK executa algoritmos ricos em computação em estruturas de dados densas para identificar a velocidade máxima teórica de um supercomputador. Os aplicativos de hoje costumam usar estruturas de dados esparsas, e os cálculos são mais enxutos. "

p O termo "esparso" significa que uma matriz em consideração tem principalmente valores zero. "O mundo é realmente esparso em tamanhos grandes, "disse Heroux." Pense em suas conexões de mídia social:pode haver milhões de pessoas representadas em uma matriz, mas sua linha - as pessoas que o influenciam - são poucas. Então, a matriz efetiva é esparsa. Outras pessoas no planeta ainda influenciam você? Sim, mas através de pessoas próximas a você. "

p De forma similar, para um problema científico cuja solução requer bilhões de equações, a maioria dos coeficientes da matriz é zero. Por exemplo, ao medir os diferenciais de pressão em uma malha 3-D, a pressão em cada nó é diretamente dependente das pressões de seus vizinhos. A pressão em locais distantes é representada pelos vizinhos próximos do nó. "O custo de armazenamento de todos os termos da matriz, como o programa LINPACK faz, torna-se proibitivo, e o custo computacional ainda mais, "disse Heroux. Um computador pode ser muito rápido em computar com matrizes densas, e, assim, pontua bem no teste LINPACK, mas em termos práticos, o teste HPCG é mais realista.

p Para refletir melhor os elementos práticos dos programas de aplicativos de supercomputação atuais, Heroux desenvolveu o método iterativo pré-condicionado de HPCG para resolver sistemas contendo bilhões de equações lineares e bilhões de incógnitas. "Iterativo" significa que o programa começa com uma estimativa inicial para a solução, e então calcula uma sequência de respostas aprimoradas. O pré-condicionamento usa outras propriedades do problema para convergir rapidamente para uma resposta aceitavelmente próxima.

p "Para resolver os problemas de que precisamos para nossa missão, que pode variar de uma simulação completa de armas a um parque eólico, precisamos descrever fenômenos físicos com alta fidelidade, como o diferencial de pressão de uma simulação de fluxo de fluido, "disse Heroux." Para uma malha em um domínio 3-D, você precisa saber em cada nó da grade as relações com os valores em todos os outros nós. Um pré-condicionador faz o método iterativo convergir mais rapidamente, portanto, um pré-condicionador multigrid é aplicado ao método em cada iteração. "

p Fornecedores de supercomputadores como NVIDIA Corp., Fujitsu Ltd., IBM, A Intel Corp. e as empresas chinesas escrevem versões do programa HPCG que são ideais para sua plataforma. Embora possa parecer estranho para os alunos modificar um teste para se adequar a eles, é claramente desejável que supercomputadores de vários designs personalizem o teste, contanto que cada competidor toque todas as bases de cálculo acordadas.

p "Temos verificações no código para detectar otimizações que não são permitidas pela política de referência publicada, "disse Heroux.

p Na lista HPCG TOP500, o supercomputador do Laboratório Nacional Sandia e Los Alamos, Trinity, subiu para o terceiro lugar, e é o principal sistema do Departamento de Energia. Trinity é a 7ª geral no ranking LINPACK. HPCG reflete melhor as escolhas de design da Trinity.

p Heroux diz que escreveu o código HPCG de base 15 anos atrás, originalmente como um código de ensino para alunos e colegas que queriam aprender a anatomia de um aplicativo que usa solucionadores esparsos escalonáveis. Jack Dongarra e Piotr Luszczek, da Universidade do Tennessee, foram colaboradores essenciais no projeto HPCG. Em particular, Dongarra, cuja visibilidade na comunidade de computação de alto desempenho é incomparável, tem sido um forte promotor do HPCG.

p "Suas contribuições promocionais são essenciais, "disse Heroux." As pessoas respeitam o conhecimento de Jack e isso ajudou imensamente a espalhar a palavra. Mas se o programa não fosse sólido, a promoção por si só não seria suficiente. "

p Heroux investiu seu tempo no desenvolvimento de HPCG porque tinha um forte desejo de garantir melhor a segurança e a eficácia do estoque dos EUA. A comunidade de supercomputação precisava de uma nova referência que refletisse melhor as necessidades da comunidade de computação científica de segurança nacional.

p "Trabalhei na Cray Inc. por 10 anos antes de ingressar na Sandia em 98, " ele diz, "quando vi o trabalho algorítmico, me preocupei em mudar para os laboratórios da Accelerated Strategic Computing Initiative (ASCI). Quando os EUA decidiram observar o Tratado de Proibição de Testes Nucleares Abrangentes, precisávamos de computação de ponta para melhor garantir a segurança e a eficácia do estoque nuclear. Achei que era uma coisa nobre, que ficaria feliz em fazer parte disso, e que minha experiência pode ser aplicada para desenvolver recursos de simulação de próxima geração. ASCI foi o grande novo projeto no final dos anos 1990, se eu quisesse fazer algo significativo na minha área de pesquisa e desenvolvimento. "

p Heroux agora é diretor de tecnologia de software do Projeto de Computação Exascale do Departamento de Energia. Lá, ele trabalha para harmonizar o trabalho de computação dos laboratórios nacionais do DOE - Oak Ridge, Argonne, Lawrence Berkeley, Noroeste Pacífico, Brookhaven e Fermi, junto com os três laboratórios da Administração de Segurança Nuclear Nacional.

p "Hoje, temos a oportunidade de criar um esforço integrado entre os laboratórios nacionais, "disse Heroux." Agora temos fóruns diários no nível do projeto, e as pessoas com quem trabalho mais de perto são pessoas de outros laboratórios. Como o Projeto de Computação Exascale é integrado, temos que fornecer software para os aplicativos e hardware em todos os laboratórios. A tentativa do Departamento de Energia de um multi-laboratório, O projeto multiuniversitário oferece uma estrutura organizacional para trabalharmos juntos como uma unidade coesa, de modo que o software seja entregue para se adequar aos principais aplicativos. "