GPU卓越中心

巴塞罗那超级计算中心和加泰罗尼亚理工大学的GPU COE

从2005年开始，巴塞罗那超级计算中心（BSC）与加泰罗尼亚理工 大学（Universitat Politecnica de Catalunya）（UPC）是西班 牙国家超级计算机基金会，管理着一座装修过的老教堂式建筑中 独一无二的超级计算机MareNostrum。这个西班牙的多学科超级计 算中心是由实际科学和创新部（MICINN），加泰罗尼亚地方政府 经济和知识部和加泰罗尼亚理工大学组成的财团建立 的.Barcelona Tech UPC），由Mateo Valero教授领导。它的使命 是研究，开发和管理超级计算硬件和软件技术，以促进科学进步，特别强调计算机科学，生命科学，地球科学和计算科学与工程 应用等研究领域。在这种多学科方法的背景下，

2011年，BSC因其在计算和应用领域的贡献和研究议程而被公认为”SeveroOchoa卓越中心”。在Severo Ochoa项目的第一版中，科 学与创新部选择了西班牙的8个研究中心和单位，在各自领域名列 世界前列。

NVIDIA和BSC于2008年4月开始合作，由David Kirk在巴塞罗那举 办的“NVIDIA CUDA软件和GPU并行计算”上首次发布会议。BSC于 2010年成为西班牙首个NVIDIA GPU研究中心，Mateo Valero为PI，Nacho Navarro教授为该中心的董事总经理。除了积极的研究计 划和许多高度重视的出版物之外，GPU研究中心还认可了BSC在 CUDA教育方面的努力，并着重于（PUMPS）夏季学校“编程和调整 大规模并行系统”的第二版。Nacho Navarro教授与伊利诺斯大学 HiPEAC NOE和NVIDIA联合主办了NVIDIA的杰出教员David B. Kirk 博士和伊利诺伊大学的Wen-mei Hwu教授。

作为GPU的卓越中心，BSC将利用GPU提供的GPU计算设备和资助，支持越来越多的研究和学术计划。未来三年，BSC和UPC计划使用 CUDA构建并行编程教育计划，为GPU提供一个集群感知编程环境，通过GMAC优化多GPU运行时管理，支持GPU加速，基于StarSs的编 程模型及其OmpSs的实现，并构建一个新的基于GPU的集群原型系 统，以探索低功耗GPU集群作为高性能平台的潜力。BSC将关注 第一个应用将是复杂几何体上的等离子体3D模拟，心脏模拟器和 地震成像中的弹性波。

关于PI

Mateo Valero 于1974年获得马德里科技大学（UPM）的电信工程 学位，并获得博士学位。在加泰罗尼亚理工大学（UPC）从事电信 业务。自1974年以来，他是巴塞罗那UPC计算机体系结构系教授，自1983年以来，他是正教授。他的研究兴趣集中在高性能架构上。他发表了近600篇论文，曾组织300多次国际会议，并发表过400 多次的会谈。他是巴塞罗那超级计算中心的主任，西班牙国家超 级计算机设施。

瓦莱罗博士曾获得多个奖项。其中，IEEE和ACM的Eckert-Mauchly 奖，IEEE Harry Harry Goode，两项西班牙国家奖，承认IT技术 研究的“Julio Rey牧师”和承认工程研究的“Leonardo Torres Quevedo”由西班牙国王和西班牙国王提出由西班牙女王提出的瓦 伦西亚总理的研究报告，由西班牙科学和技术部提交。他被查尔 姆斯大学，贝尔格莱德大学，西班牙拉斯帕尔马大学和西班牙萨 拉戈萨大学以及墨西哥韦拉克鲁斯大学授予荣誉博士学位。名 人堂”被选为欧洲最受欢迎的IT研究人员之一，在1983 - 2008年 期间。

1994年12月，瓦莱罗教授成为西班牙皇家工程院的创始成员之一。2005年，他被选为西班牙皇家科学院院士，2006年，西班牙皇 家医学院院士，“欧洲学院”成员，“欧洲学院”成员。他是 IEEE的资深会员，ACM研究员和英特尔杰出研究员。1998年，他获 得了家乡Alfamén（西班牙萨拉戈萨）的“最爱儿子”奖，2006年，他的家乡以他的公立学院命名。

托瑞赫罗纳 C /霍尔迪阿赫罗纳，31周

Nexus II大厦 C /霍尔迪阿赫罗纳，29

08034 Barcelona（西班牙）

联系电话。（+34）93 413 7***

传真（+34）93 413 7***

电子邮件：info**[ta]**.es

马里奥阿科斯塔

职位：博士后研究员

电子邮件：mario.acosta**[ta]**.es

电话：+34 93413***

地点：Nexus II - Planta 1 C / Jordi Girona，29 巴塞罗那 0***

联合研究中心

我们与行业，特别是与信息技术和能源领域的领先公司有着强大 的合作关系。与其他合作协议一起，这些伙伴关系导致了与IBM，Intel，Microsoft，Nvidia和Repsol等公司建立了联合研究中心，BSC与BSC保持着稳定的合作关系，这也是我们中心的另一个主 要收入***

深度学习中心，BSC和IBM的倡议

在刚果爱国联盟的框架内，从2005年开始的联合研究。研究主要 集中在：改进和扩展深度学习系统认知能力的算法; 以数据为中 心的系统，包括架构，运行时系统和编程环境; 和深度学习应用 程序。

BSC和IBM

IBM和巴塞罗那超级计算中心（BSC）之间的合作可以追溯到2000 年，自那时以来已经实现了许多里程碑，比如MareNostum的安装，以及2005年正式创建巴塞罗那超级计算中心，最近的创建BSC和 IBM之间的超级计算技术中心。IBM Research和巴塞罗那超级计算中心的研究人员之间的合作已经在国际会议和期刊上产生了许多 项目，联合开发和论文，并为两个站点的硬件和软件解决方案 进步作出了贡献。未来几年，随着新的举措和项目的开展，这种 关系将继续下去。

2000-2004：CEPBA-IBM研究院（CIRI）

2004年：在世界500强名单中排名第一的MareNostrum首次在欧盟 安装

2005年：正式创建巴塞罗那超级计算中心并开始活动

2005 - 2011年：研究合作协议 - BSC的IBM创新计划

2006年：升级MareNostrum并建立西班牙超级计算机网络（RES）

2007-2011年：研究合作活动的重点是MareIncognito项目

2012-2013：安装MareNostrum III

BSC-IBM倡议2013-2015：超级计算技术中心

IBM - BSC成立以来的成功合作

在创建BSC之前，IBM和BSC有着14年的合作历史，并且拥有强大 合作关系。协作历史包括三个主要协议。第一个合作协议从2000 年到2004年。平衡计分卡成立于2005年，但合作伙伴包括IBM和巴 塞罗那欧洲并行中心（CEPBA）。CEPBA是隶属于加泰罗尼亚理工 大学（UPC）的一个研究和超级计算中心，成为巴塞罗那超级计算中心的核心。这样的合作协议被命名为CEPBA-IBM研究所（CIRI）。

我们的使命是通过信息技术研发为社区做出贡献，其主要目标有 ：研发，支持外部研发，技术转让和教育。主要重点领域是：深 度计算（性能工具，并行编程，网格，代码优化），计算机体系 结构（矢量和网络处理器）和数据库。

第二个合作协议从2005年到2011年，平衡计分卡创建后成立。协 作被命名为“BSC的IBM创新计划”，并延续了6年，其目标如下：

建立BSC-CNS作为开放式Linux应用程序缩放的第一个欧洲中心

BSC和IBM在HPC和计算机体系结构领域共同关心的基础研究的协作 工作

合作开展应用程序缩放和基准测试，以最大限度地利用 MareNostrum并扩展其在商业领域的应用

BSC参与Power.org，以便更有效地推动基于Power Architecture? 技术的未来设计和标准

加强协作，加速技术进步

转移协作活动的教育和技能输出，以促进向BSC，IBM和IBM客户 技术转移

2007年，研究合作项目的重点是使BSC能够研究新一代 Petascale超级计算机的设计和开发。该项目的代码名称是 MareIncognito。

合作协议

IBM-备用

这个合作协议是在2013年启动的。这个名为超级计算技术中心 新合作是一个为期三年的合作协议，其主要目标如下：

为IBM产品，解决方案和服务在未来有价值的HPC进行BSC和IBM共 同利益的基础研究

通过由奖学金和补助金支持的各种活动，将HPC的技能教育并传授 给学术界，IBM和IBM的客户完成，传播和维护平衡计分卡高性能计算服务目录，以在西班牙 和全球范围内开发符合IBM利益的符合BSC标准的功能

主要合作目标主要集中在建设下一代超级计算机的技术研究，智 慧城市领域的新技术和生物技术领域。两个研究所都为合作活动 提供资源以实现这些目标。

IBM - BSC 超级计算技术中心项目（当前项目）

目前这两个机构之间正在进行一些积极的合作项目。请在下面找 到每一个的描述：

高性能的内存数据库

该项目旨在探索使用蓝色基因主动存储（BGAS）体系结构的高性 能内存数据库来加速现有工作负载。主动存储以BGAS项目的原型 形式实现，可以显着改变科学应用程序中的工作流程管理数据 方式：

在生物信息学领域，消除了使用平面文件来存储数据和使数据流 水线更简单的瓶颈

在数据分析领域，引入可在本地或远程访问的可扩展活动数据存 储库。

在这两种情况下，基于BGAS原型中可用的大到全带宽（以及对本 地固态存储的相应带宽），将结合非常大的数据管理问题研究并 提出新的算法和大规模数据管理问题的方法内存存储容量

用于HPC工作负载的软件定义的环境

该项目将探索所谓的“软件定义的环境（SDE）”对HPC工作负载 的适用性。该项目扩展了以前在事务性和数据分析工作负载方面 的工作，但扩展了HPC工作负载方面的工作。

以声明的方式描述工作负载以捕捉其需求，并且资源抽象和管理 技术正在开发中，以便在SDE云环境中部署和优化这些工作负载。通过使用特殊硬件（例如FPGA和GPU）和快速网络互连在所有类型 的工作负载中越来越普遍，高性能计算HPC或者传统上认为HPC不 被普遍认为是对SDE的需求。因此，相关的探索角度是HPC技术如 何影响现代工作负载，以及在SDE环境中如何使HPC体系结构可用 于这些工作负载。将对资源抽象进行评估和开发，以实现HPC工作 负载的优化部署。这些抽象将在OpenStack平台中实现。

使用HPC工具进行认知深度学习

深度学习技术最近在视觉输入方面实现了类似人类的感觉。这个 项目的目标是通过提取和探索深度学习网络的内部表示，让其他 领域从这些能力中受益。在深度学习网络中捕获的知识是巨大的，其分析需要高性能计算（HPC）工具和基础设施。处理数以千计 的，提取数百万个定义每幅的特征，挖掘其图案，是本 项目的主要任务之一，也是高效并行的。这个项目将使用 PyCOMPSs编程模型进行并行化，并在MareNostrum超级计算机中进 行评估。此外，还将探索各种知识表示解决方案，如稀疏向量和大规模图。这些表示中的每一个将允许不同的利用算法，这可以产生不同 类型的推理（例如矢量算术，图挖掘算法）。

异步算法的OmpSs

该项目旨在将IBM Research Zurich Lab的计算科学小组提供的一 组并行科学应用程序移植到OmpS / Nanos ++编程模型。该项目 目标是利用Blue Gene / Q平台的特定H / W特性（例如但不限于 RDMA，事务存储器）以及计算节点轻量级操作系统（CNK）的S / W特性。主要目标是减少OmpSs运行时间的开销，最终完全实现预 取，或重叠数据传输和计算。这些应用程序可能受益于OmpSs的本 地化意识以及它所支持的不规则或异步的并行形式。这些特性允 许在执行并行任务（与OpenMP相比）和较低的带宽需求方面有额 外的异步性。因此，应用程序对网络或内存延迟的容忍度会增加，这对目标平台来说是一个有趣的属性。

协作设想作为IBM和BSC之间的协同设计工作，在开发MPI + OmpSs 应用程序的过程中收集的经验和定量分析推动BG / Q的硬件功能 集成到OmpS和整个项目中。最终，这些努力应该提供OmpSs的改进 版本，为上述算法的BG / Q，OmpSs实现定制，对其性能进行彻底 分析，并与原始运行时间和应用程序进行比较。

适用于Power8 / Nvidia平台的OmpS

该项目旨在利用BSC开发的基于Power8架构和Nvidia GPU的平台 OmpS编程模型来构建功能非常强大的节点。在OpenMP 4.0之上 语言扩展，编译器优化（在MACC编译器上演示）和智能运行时系 统（在Nanos运行时演示）将被结合起来，以充分利用这些异构体 系结构。建议的扩展和新功能将与一些相关的应用程序进行评估。

Power架构的自适应资源管理

这项研究将着重于适应性资源管理，以改善与当前和未来POWER系 列微处理器相关的功耗性能指标。硬件和运行辅助自适应控制系 统都将被追求。

该合作将致力于开发新的自适应算法，以利用当前和未来POWER架 构中的预取增强功能以??及跨层协同优化中的概括概念，以改进未 来POWER系统的功率性能指标。有关新的硬件要求的建议将支持开 发新一代软硬件协同管理的自适应系统。

城市规划工具

该项目旨在创建一个声明性语义数据模型，捕捉城市系统的物理 和信息流动，包括土地覆盖，流动性和服务，公共空间，城市组 织，代谢通量管理（能源，水，废物和材料，食品），生物多样 性和社会凝聚力。

这种被称为城市模型和组织（SUMO）的新模式的目标是表示域名，而不是限制域名，并作为智能城市应用中使用的参考和通用词 汇。

IBM - BSC超级计算技术中心（过去的项目）

以下项目也在2013 - 2015年合作协议下完成：

将IBM OMPT评估和集成到BSC性能工具中

在2012年，OpenMP语言委员会成立了一个工作组，专注于工具。这个工作组由编译器，调试和性能工具开发人员组成。该工作组 的目标是定义一个独特的标准机制来捕获可能被性能分析工具使 用的OpenMP运行时活动，这与MPI并行编程模型的PMPI层相当。

这个项目的目标是研究OpenMP提案在Extrae中的适用性，对它进 行原型设计，并将其与当前的Extrae设备方法进行比较。这项工 作使IBM能够在IBM XL编译器中改进OpenMP性能工具界面。这项工 作使BSC能够为这个新的性能接口建立性能监测工具的原型。在提 案尚处于设计阶段时，实现界面和应用于实际案例的经验有助于 验证提出的界面是否足够，而不需要进一步的改变。

IBM和BSC在这一领域的长期目标是为IBM客户的大型基地开发更好 的性能工具。与BSC合作将其工具定位于新的性能界面使IBM能够 为广泛的用户群增加性能工具库。

适用于互联网络的研究

该项目一方面针对科学/技术计算的高性能计算（HPC）系统和另 一方面的数据密集型工作负载进行了互连网络研究。该项目在系 统层面探索了各种研究方向，着重于减少并行应用程序在容量超 级计算机上的应用程序间争用，并提高大规模并行能力系统的性 能。最相关的成就如下：

建议进展，包括拓扑结构，路由，流量控制，避免死锁和相关 主题。

评估OmpS编程模型对互连网络的影响。

设计，开发和测试网络和系统软件机制，以减少基于IBM IDataPlex和Infiniband技术的实际机器之间的应用程序间争用。探索使用实时分析生产机器的网络利用率。

弹性编译器支持

这个项目旨在开发编译器技术来支持应用程序弹性表征。LLVM编 译器的新进展是动态控制故障注入机制，识别弹性区域和灵活感 知的代码生成。这是编译器和运行时系统之间协调的方法，以避 免不可接受的开销，并允许令人满意的动态行为。使用微基准评 估实施。

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