Energieoptimierte Supercomputing-Hardware durch Stencil- und Tensorbeschleuniger (STXDEMO)

Abstract

Ziel des Verbundprojekts STXDemo war die Entwicklung und Erprobung eines energieeffizienten Technologie-Demonstrators auf Basis des Stencil- und Tensor-Accelerators (STX). Der spezialisierte Beschleuniger sollte insbesondere für Algorithmen mit lokalen Datenabhängigkeiten eine hohe Anwendungsleistung bei geringem Energieverbrauch ermöglichen. Das Gesamtvorhaben verfolgte dazu einen Hardware-Software-Co-Design-Ansatz, der die Entwicklung des STX-Boards, Systemsoftware und Toolchain, die Portierung praxisrelevanter Anwendungen sowie die Bewertung der Energieeffizienz miteinander verband. Das Forschungszentrum Jülich war im Verbund vor allem als Anwendungspartner und vorgesehene Hosting-Site des Demonstrators beteiligt. Der wissenschaftliche Schwerpunkt des FZJ lag auf Anwendungen der Gitter-Quantenchromodynamik (Lattice QCD, LQCD). In LQCD-Simulationen dominieren ausgewählte Kernel-Routinen, insbesondere bei der operativen Anwendung dünn besetzter Matrizen und beim Lösen großer linearer Gleichungssysteme, einen erheblichen Anteil der Rechenzeit. Diese Kernel sind zugleich für die Bewertung neuer HPC-Architekturen besonders aussagekräftig, da sie typische Eigenschaften moderner Simulationscodes wie hohen Speicherbandbreitenbedarf und komplexe Arithmetik aufweisen.