Cineca : soutenir les sciences computationnelles

Le supercalculateur Marconi de Cineca équipé de processeurs Intel® Xeon® Scalable constitue une étape cruciale vers le calcul exascale.

Synthèse
Cineca est un consortium à but non lucratif composé de 67 universités italiennes, de neuf instituts de recherche italiens et du ministère italien de l'éducation. Entre autres services, l'organisation fournit des ressources de calcul intensif (HPC) à ses membres, qui collaborent sur un large éventail de projets de recherche dans toute l'Europe. Les découvertes et connaissances ainsi obtenues font avancer la recherche scientifique et sont employées pour des applications dans l'industrie, faisant de Cineca un pont technologique entre les mondes universitaires, scientifiques et industriels.

Le supercalculateur Marconi constitue sa principale ressource HPC. Il s'agit d'un vaste système HPC construit par Lenovo*, doté de processeurs Intel® et du fabric Intel® Omni-Path Architecture (Intel® OPA). Marconi représente une étape cruciale dans la feuille de route établie par Cineca pour devenir un centre de calcul exascale d'ici 2022.

Défi 
Cineca est un important centre de supercalcul qui soutient la recherche scientifique et la recherche dans le domaine des applications industrielles, en Italie et en Europe. Cineca offre des ressources de calcul pour des projets du centre européen d'excellence dans le domaine des applications HPC et fait partie du projet EuroHPC, une collaboration dans toute l'UE pour développer des installations de calcul exascale. Cineca est également partenaire d'un autre centre européen d'excellence : le projet Materials Design at Exascale (MaX).

La feuille de route à long terme de Cineca prévoit de fournir des ressources de calcul exascale d'ici 2022. Avec ses plans ambitieux en matière de supercalculateurs, sa participation essentielle à de nombreux projets avancés de recherche et sa philosophie consistant à toujours rester à la pointe de la compétitivité en matière de calcul intensif, Cineca avait besoin de puissantes ressources de supercalcul de nouvelle génération pour un très large éventail de charges de travail.

Solution
Marconi devait fournir jusqu'à 20 pétaFLOPS1 de performances pour soutenir certaines des recherches les plus avancées en science des matériaux, astrophysique, ingénierie, bioinformatique, météorologie, climat, etc., en Italie et en Europe. Pour faire progresser la recherche dans ces domaines, le système avait besoin de capacités de calcul à très grande échelle. Cela impliquait une infrastructure avec des centaines de milliers de cœurs conçus pour des charges de travail HPC gourmandes en ressources de calcul, comme la science des matériaux et la modélisation moléculaire ab initio, la modélisation du temps et du climat, la simulation de la physique des plasmas, la bioinformatique à grande échelle et bien d'autres problèmes exigeants.

Le supercalculateur Marconi de Cineca construit par Lenovo* utilise des processeurs Intel® Xeon® Scalable, des processeurs Intel® Xeon Phi™ et le fabric Intel® Omni-Path Architecture (Intel® OPA).

Les concepteurs de Marconi se sont appuyés sur les expériences passées de Cineca avec les processeurs Intel® Xeon® et les cartes réseau Intel® TrueScale (précurseurs d'Intel OPA). Pour leur supercalculateur de nouvelle génération, ils ont choisi les processeurs Intel Xeon, Intel Xeon Phi, Intel Xeon et le fabric Intel OPA pour interconnecter un très vaste système capable de fournir les performances dont les chercheurs ont besoin pour réaliser des découvertes via la simulation numérique et la science computationnelle. Le système a été construit et déployé par Lenovo à l'aide de sa plate-forme NeXtScale*.

En 2015, le premier ensemble de 720 nœuds a été déployé (Marconi-A1) avec 25 920 cœurs utilisant le processeur Intel® Xeon® E5-2696 v4. En 2016, Lenovo a déployé la plus grande partition (Marconi-A2) de 244 880 cœurs sur 3 600 nœuds de processeur Intel® Xeon Phi™ 7250 avec 68 cœurs par nœud. En 2017, 110 592 cœurs supplémentaires ont été ajoutés dans 2 304 nœuds (Marconi-A3). Cela a permis à Cineca de disposer d'un grand nombre de cœurs sur les architectures multicœurs et MIC (Many Integrated Core) d'Intel. Depuis novembre 2016, Marconi s'est toujours placé dans le top 20 des supercalculateurs les plus rapides au monde2.

Résultat
Cineca est partenaire du centre européen d'excellence pour les applications HPC CdE MaX (Materials Science at the Exascale) depuis 2016, date du premier déploiement de Marconi. Il s'est vu accorder trois années supplémentaires de participation en 2018. Marconi occupe ainsi une place centrale dans la recherche et la conception européennes.

La moitié des charges de travail de Marconi proviennent de projets européens, représentant plus de 100 millions d'euros de financement. Les fonds de Marconi sont destinés aux chercheurs du pays. Parmi les principales sciences, la recherche sur les matériaux implique des charges de travail de structure électronique gourmandes en ressources de calcul. Pour soutenir ces sciences computationnelles variées et étendues, Cineca doit s'impliquer activement dans l'optimisation de codes open source populaires, tels que Quantum Espresso*. Carlo Cavazzoni de Cineca apporte sa contribution au projet Quantum Espresso* (QE) depuis 20 ans et fait partie intégrante de l'optimisation de plusieurs charges de travail, dont QE, sur le processeur Intel Xeon Phi. Il a également soutenu des travaux sur des codes propriétaires de physique des plasmas. Ces optimisations ont permis d'accélérer considérablement les projets exécutés sur les nœuds de processeurs Intel Xeon Scalable et Intel Xeon Phi de Marconi.

Andrea Ferretti est chercheur dans le domaine de la matière condensée et de la physique de l'état solide au Conseil national de la recherche (CNR) italien. Grâce à Marconi, ses travaux de calcul dans les simulations ab initio pour la structure et les excitations électroniques ont joué un rôle crucial dans la découverte de nouvelles propriétés d'électroluminescence pour les nanorubans de graphène (GNR) et de capacité de contrôle du couplage des interfaces de spin avec une stabilité thermique élevée.

Synthèse de la solution
Premier centre italien de supercalcul, Cineca apporte également un soutien essentiel, en termes de ressources de calcul, à des projets dans toute l'Europe. Plus récente ressource HPC de Cineca, Marconi est équipé de processeurs Intel Xeon Scalable, Intel Xeon Phi et Intel Xeon E5 v4 avec Intel OPA comme fabric d'interconnexion. Le système a été construit par Lenovo et déployé en trois phases de 2016 à 2018. Marconi s'est toujours placé dans les 20 meilleurs supercalculateurs de la liste Top500.

Composants de la solution

  • Plateforme NeXtScale* de Lenovo
  • Processeur Intel® Xeon® E5-2697 v4, processeur Intel® Xeon Phi™ 7250, processeur Intel® Xeon® Platinum 8160 : total de 6 624 nœuds avec 381 392 cœurs
  • Commutateurs de périphérie, commutateurs directeurs et interfaces hôtes Intel® OPA

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Avis et avertissements

Les fonctionnalités et avantages des technologies Intel® dépendent de la configuration du système et peuvent nécessiter du matériel et des logiciels compatibles et l'activation de certains services. Les performances varient d'une configuration à une autre. Aucun ordinateur ne saurait être totalement sécurisé. Consultez le constructeur ou le revendeur de votre ordinateur.vous pouvez consulter le site https://www.intel.fr pour en savoir plus. // Les logiciels et charges de travail utilisés dans les tests de performance ont peut-être été optimisés uniquement pour les microprocesseurs Intel®. Les tests de performance tels que SYSmark* et MobileMark* portent sur des configurations, composants, logiciels, opérations et fonctions spécifiques. Les résultats peuvent varier en fonction de ces facteurs. Pour l'évaluation d'un produit, il convient de consulter d'autres tests et d'autres sources d'information, notamment pour connaître le comportement de ce produit avec d'autres composants. Pour des informations plus complètes, visitez https://www.intel.fr/benchmarks. // Les résultats de performances s'appuient sur les tests réalisés aux dates indiquées dans les configurations et peuvent ne pas refléter toutes les mises à jour de sécurité disponibles. Pour obtenir plus de détails, veuillez lire les informations de configuration. Aucun produit ou composant ne saurait être totalement sécurisé. // Les scénarios de réduction de coûts décrits sont fournis à titre d'exemples montrant comment un produit de technologie Intel® donné, dans les circonstances et configurations spécifiées, peut affecter les coûts futurs et entraîner des économies de coûts. Les circonstances peuvent varier selon les cas. Intel ne garantit aucun coût ni réduction de coûts. // Intel ne maîtrise et ne vérifie pas les bancs d'essai cités ici ou sur les sites Web mentionnés en référence. Vous êtes invité à consulter vous-même ces sites Web et à vérifier l'exactitude des données. // Dans certains cas, les résultats ont été estimés ou simulés à l'aide d'une analyse, d'une simulation ou d'une modélisation d'architecture réalisée en interne par Intel et sont mentionnés à titre indicatif. Toute différence matérielle, logicielle ou de configuration du système peut avoir une incidence sur vos performances effectives.

Infos sur le produit et ses performances

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Performance théorique calculée par Cineca pour le classement Top500 du 12 novembre 2018 : https://www.top500.org/system/178937.