Como as arquiteturas de GPU se tornaram o padrão para computação científica, as equipes de aplicativos tiveram que adaptar seus códigos científicos para rodar em novos sistemas. Mesmo as equipes com códigos que foram reprojetados para GPUs devem adaptá-los continuamente para novas arquiteturas.

Evan Schneider, da Universidade de Princeton, no entanto, começou a desenvolver seu código para GPUs desde o início. Em 2012, Schneider enfrentou o desafio de descobrir como resolver enormes problemas de astrofísica usando clusters de GPU. O que começou em pequenos grupos na Universidade do Arizona com seu orientador de PhD, Brant Robertson - atualmente professor associado da Universidade da Califórnia, Santa Cruz - acabou sendo executado no supercomputador Cray XK7 Titan, agora desativado, no Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), um Centro de Usuários do Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA (DOE) localizado no Laboratório Nacional de Oak Ridge do DOE. O código, chamado Cholla, ou Hidrodinâmica computacional em arquiteturas ∥ (paralelas) - é agora um dos primeiros códigos sendo reescritos para Frontier, um sistema exascale a ser implantado no OLCF em 2021.

"Com a Frontier, haverá muito mais potência disponível nas GPUs, "Schneider disse." Realmente não faz mais sentido fazer quase qualquer coisa nas CPUs, então, muito do que estamos trabalhando é em alguns de nossos módulos adicionais de física em execução nas GPUs. "

O código é um dos oito no Center for Accelerated Application Readiness (CAAR), um esforço para preparar aplicações científicas para o Frontier. Cholla é usado para simular sistemas físicos envolvidos na evolução da galáxia, que é como as galáxias no universo mudam com o tempo. As galáxias são feitas não apenas de estrelas, mas também de poeira e gás que interagem para influenciar essa evolução. O objetivo da equipe é fazer uma simulação da Via Láctea que incorpore toda a física dos gases ocorrendo, além de todas as estrelas.

"Precisamos de modelos de alta resolução porque realmente queremos rastrear o gás em todas as suas diferentes fases - quente, frio, quente, alta velocidade, e assim por diante, "Schneider disse." Queremos entender a física dos gases que conduz a formação de estrelas e por que as galáxias param de formar estrelas. Para aproveitar os dados observacionais que já temos, precisamos fazer uma simulação extremamente grande. "

Cholla é atualmente compatível com a linguagem de programação CUDA da NVIDIA para rodar no sistema IBM AC922 Summit da OLCF, que apresenta GPUs NVIDIA Tesla V100. Agora, Schneider e sua equipe, com o representante da CAAR, Reuben Budiardja, no Grupo de Computação Científica do OLCF e representantes da AMD e Cray, estão usando a Heterogeneous-Compute Interface for Portability (HIP) para fazer exatamente o que seu nome sugere - traduzir certas partes do código para serem portáveis ​​para a arquitetura Frontier, que contará com a arquitetura Shasta da Cray e Slingshot Interconnect, bem como CPUs AMD EPYC e GPUs AMD Radeon Instinct. Esse processo de tradução permite que usuários como Schneider se adaptem a novas arquiteturas de GPU como o Frontier.

Aluno de pós-graduação de Schneider, Orlando Warren, da Universidade de Pittsburgh - onde Schneider recentemente aceitou uma posição como professor assistente - já reescreveu grande parte da parte da GPU do código para ser compatível com HIP. Próximo, a equipe irá reescrever as partes do Cholla atualmente em execução nas CPUs, para que também possam ser executados em GPUs.

Robertson está trabalhando com seu aluno de graduação, Bruno Villasenor, que está adicionando peças substanciais a Cholla, incluindo os cálculos necessários para resolver a gravidade na simulação gigante da Via Láctea da equipe. Schneider está coordenando o esforço de reengenharia do código, além de adicionar o que ela chama de "sinos e assobios" para refinar ainda mais as simulações necessárias para entender a formação de estrelas.

Com a Frontier, a equipe acredita que será capaz de simular a formação de estrelas com alta resolução.

"Agora mesmo, gostaríamos de identificar como o gás deixa a galáxia e retorna a ela e como isso afeta o processo de formação de estrelas na Via Láctea. Quanto maior a resolução que podemos obter, melhor podemos entender os processos físicos do gás, e isso acaba afetando muitos problemas diferentes da astrofísica. "

A última etapa, Schneider disse, é garantir que o novo código funcione quando transferido para milhares de GPUs, em vez de rodar em apenas algumas, uma tarefa que requer um sistema de computação de alto desempenho em grande escala como o Summit. A equipe fará testes em grande escala no Summit antes de rodar no sistema Frontier quando ele for implantado no próximo ano.