Verbundprojekt: OPTIMA - Optimierung industrieller Anwendungen für heterogene HPC-Systeme mit FPGAs

Um eine wachsende Rechenleistung für zukünftige industrielle HPC-Anwendungen zu realisieren, ohne eine wesentliche Steigerung des Stromverbrauchs zuzulassen, ist der Einsatz von Rechen-beschleunigern unvermeidlich. Ein vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von FPGAs, die jederzeit neu konfiguriert werden können, um maßgeschneiderte Anwendungsbeschleuniger zu implementieren. Damit kann eine höhere Leistung und eine bessere Energieeffizienz erreicht werden, als dies mit CPUs und GPUs möglich ist. Das OPTIMA Konsortium hat sich zum Ziel gesetzt, industrielle Anwendungen sowie verschiedene Open-Source Bibliotheken auf zwei unterschiedliche FPGA-basierte HPC-Systeme zu portieren und sie für diese zu optimieren. Eines davon ist das vom Jülich Supercomputing Centre betriebene JUMAX System mit FPGA Beschleunigern von Maxeler, das zweite ein Prototyp, welches von den Projekten Ecoscale und ExaNeSt gebaut wurde. Dabei kommen innovative Programmiermodelle, wie das von Fraunhofer entwickelte asynchrone und einseitige parallele Programmiermodell GASPI/GPI-2, zum Einsatz. Um unsere Lösung industriellen Anwendern anbieten zu können, ist es von größter Bedeutung, einfach zu bedienende Schnittstellen bereitzustellen. Das von Fraunhofer entwickelte Open-Source-Softwaretool CARME bietet Benutzeroberflächen, die die Komplexität des zugrundeliegenden HPC-Clusters verbergen. Weiterhin wird das Open-CL basierte Programmierparadigma FPGA-ML aus den Ecoscale Projekt genutzt sowie ferner das statische Codeanalyse Werkzeug Parallelware des Partners Appentra sowie MaxJ Metasprache zu Entwicklung von Code für FPGAs von Maxeler. Die Anwendungen sind so gewählt, dass verschiedene, kommerziell relevante Anwendungsgebiete abgedeckt werden: • MESHFREE zur Simulation von komplexer strömungs- und kontinuumsmechanischer Prozesse • Webots zur Robotersimulation • Lineare Algebra und FEM Bibliotheken für die numerische Simulation von Untergrundprozessen von M3E • CFD Analysesoftware SAILFISH