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De
13 de octubre de 2023
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En un momento en el que la inteligencia artificial (IA) y el aprendizaje automático (ML) están en el centro de atención de los medios, la informática de alto rendimiento (HPC) suele ser un héroe anónimo en múltiples niveles. Es la fuerza impulsora detrás de investigaciones innovadoras que están revolucionando sectores como la atención médica y la investigación climática, y un campo de pruebas clave para tecnologías y técnicas informáticas de vanguardia.
A medida que el hardware especializado se vuelve más común tanto en entornos HPC como industriales, la portabilidad del rendimiento se ha convertido en un desafío clave. La portabilidad del rendimiento permite que las aplicaciones se ejecuten de manera eficiente en una variedad de sistemas informáticos. Esto es crucial no sólo para la investigación científica, sino también para las empresas que necesitan adaptarse rápidamente a nuevas tecnologías y entornos. Para las empresas que dependen de cargas de trabajo de IA o ML con alto rendimiento, la necesidad de portabilidad del rendimiento es cada vez más común. En este artículo, vamos más allá de la jerga técnica y examinamos cómo la portabilidad de la energía puede ser fundamental para su negocio, permitiendo una innovación más rápida y manteniendo los costos bajo control.
Gestionar la portabilidad del rendimiento desde el principio
En Sandia National Laboratories, servimos como una unidad de investigación y desarrollo que trabaja en conjunto para dar forma al futuro de la informática. Estamos desarrollando tecnologías que no solo satisfacen las necesidades de los objetivos nacionales, sino que también pueden impulsar la próxima ola de innovación empresarial, desde análisis impulsados por IA hasta modelos financieros en tiempo real.
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Mi viaje personal en este apasionante campo comenzó con un interés en la investigación de sistemas distribuidos, virtualización y contenedores, y eficiencia energética en HPC. Como gerente de I+D, y científico investigador experimentado en Sandia, que es uno de los investigadores más brillantes y comprometidos, tengo una buena visión general de los desafíos y oportunidades en los entornos informáticos avanzados. Mi investigación anterior sobre software de sistemas escalables y virtualización puso gran énfasis en la portabilidad del software. Y al hacerlo, nuestro equipo se dio cuenta de que la estrategia tradicional de “talla única” ya no es sostenible en los heterogéneos entornos informáticos actuales. La evolución es necesaria.
¿Qué es la portabilidad de energía?
Durante muchos años, las instituciones y empresas de investigación dependieron principalmente de computadoras de uso general. Sin embargo, el impulso decreciente del escalamiento de Dennard y las crecientes limitaciones de la Ley de Moore han llevado a la diversificación y especialización en las cargas de trabajo de software. Esto, a su vez, ha cambiado el panorama del hardware. Proveedor de tecnología Ahora ofrecemos una gama de aceleradores, CPU, interconexiones y más, cada uno de ellos diseñado individualmente para tareas específicas. Por ejemplo, las GPU se caracterizan por el procesamiento de datos paralelo, mientras que las TPU están dirigidas a tareas de aprendizaje automático. En este ecosistema en evolución, la atención se centra no sólo en la “portabilidad del rendimiento”, sino también en lograr una “eficiencia multiplataforma” y un “rendimiento independiente del hardware”. Estos conceptos relacionados subrayan la importancia de garantizar que el software no sólo se ejecute, sino que también se ejecute de manera eficiente, en diferentes arquitecturas informáticas.
Un enfoque de software ágil es esencial en la era del hardware especializado, a menudo diferente. Tradicionalmente, adaptar el software a un nuevo sistema podía significar reescribir millones de líneas de código, un proceso que era a la vez insostenible y costoso en términos de tiempo y personal. Aquí es donde entra en juego la portabilidad de la energía. Permite que el software mantenga altos niveles de rendimiento en diferentes arquitecturas sin la necesidad de un redesarrollo extenso. En los complejos entornos informáticos actuales, la eficiencia multiplataforma no es sólo algo agradable de tener; Esto se ha convertido en un imperativo para satisfacer las necesidades informáticas del futuro.
Innovaciones en portabilidad de energía: a qué prestar atención
La búsqueda de la portabilidad del rendimiento depende de la reutilización del software, que a su vez está estrechamente relacionada con la forma en que desarrollamos aplicaciones para diferentes entornos informáticos. El Programa de vanguardia es actualmente la vía principal de Sandia para la innovación en portabilidad en arquitecturas de hardware.
Lanzado como una extensión del banco de pruebas de arquitectura avanzada de Sandia, Vanguard tiene como objetivo mitigar los riesgos de integrar tecnologías no probadas mediante la identificación y resolución de brechas en los ecosistemas de hardware y software. Sirve como enlace esencial, conectando pequeños entornos de prueba a nivel de nodo o rack con sistemas grandes listos para usar. Este programa ofrece más que solo probar nuevas tecnologías. Está directamente en línea con el objetivo de la portabilidad del rendimiento.
Al evaluar cargas de trabajo de producción reales, Vanguard facilita la adaptación de códigos de software para plataformas nuevas y diversas, garantizando que funcionen de manera eficiente en diferentes arquitecturas informáticas. Para los proveedores de tecnología, Vanguard también amplía la gama de opciones tecnológicas viables, fomentando la competencia e impulsando avances en el rendimiento independiente del hardware.
Sandia Laboratories y otros del Departamento de Energía (DOE) han logrado avances significativos en esta área a través de herramientas como las disponibles en Internet. Ecosistema de coco– un conjunto de herramientas diseñadas específicamente para mejorar la portabilidad multiplataforma en aplicaciones escritas en C++. Piense en Kokkos como un traductor universal que garantiza que el software funcione eficazmente en las distintas plataformas con las que interactúa. Al desarrollar programas paralelos, los desarrolladores enfrentan una variedad de decisiones influenciadas por las arquitecturas de destino y otras variables. Kokkos proporciona «barandillas» en forma de patrones, pautas y espacios que guían a los equipos de desarrollo de aplicaciones a la hora de crear algoritmos. Con Kokkos Core, estos algoritmos y estructuras de datos se pueden asignar automáticamente a diferentes arquitecturas, ya sean sistemas basados en CPU, plataformas con backends OpenMP o hardware basado en GPU NVIDIA o AMD, o incluso aceleradores personalizados. Básicamente, Kokkos ayuda a estandarizar buenas prácticas de codificación que pueden adaptarse fácilmente a diferentes arquitecturas.
Como parte del programa Sandia Vanguard, utilizamos una variedad de herramientas especializadas para lograr nuestros objetivos. Otra herramienta sumamente útil son los contenedores, que se han convertido en un recurso invaluable para agilizar el proceso de portabilidad. Incluso pasar de un código simple a nuevas arquitecturas puede requerir mucho tiempo y recursos. Los contenedores ayudan a reducir esta carga al permitir la creación de un «manifiesto», un conjunto de instrucciones que contienen los pasos clave y las versiones de biblioteca específicas necesarias para optimizar las aplicaciones. Esto no sólo ahorra tiempo y recursos financieros, sino que también permite que otros equipos aprovechen la experiencia existente, aceleren su progreso y reduzcan las pruebas y errores. Estas herramientas sirven como soluciones tácticas como parte de la misión estratégica de Vanguard de garantizar la entrega eficiente de aplicaciones en una variedad de arquitecturas informáticas.
Dada la complejidad de los grandes entornos informáticos, no se puede negar que los equipos prosperan cuando la colaboración fluye sin problemas. Una gran parte de nuestro objetivo al utilizar y evaluar estas herramientas es promover el poder del trabajo en equipo. Esto se convierte en la piedra angular de nuestros esfuerzos a medida que la fuerza de los esfuerzos colectivos allana el camino para establecer nuevas vías de innovación.
Progresos logrados, oportunidades por delante
Si bien hemos logrado avances significativos en la portabilidad de la energía, consideramos que el camino por delante está lleno de oportunidades para la innovación. Con un equipo de ingeniería dedicado y altamente capacitado, la tarea de migrar a una nueva arquitectura representa un desafío emocionante para nuestro equipo, involucrándonos constantemente, superando los límites de la innovación y fomentando una cultura de aprendizaje y mejora continua. En Sandia, reunimos equipos de expertos para implementar acciones específicas que creen una oportunidad de crecimiento emocionante, no solo para nosotros, sino para la industria en su conjunto. Estos desafíos presentan oportunidades de colaboración a medida que Sandia colabora activamente con la industria, el gobierno y el mundo académico para promover conjuntamente nuevas soluciones.
Y no estamos solos en eso. El desafío de la portabilidad del rendimiento es universal y afecta tanto al sector HPC como al empresarial. A medida que las industrias evolucionen, la importancia del software adaptable seguirá aumentando. Al invertir en la portabilidad del rendimiento, tanto la investigación científica como las empresas pueden beneficiarse y hacer que las futuras migraciones tecnológicas sean más eficientes y rentables. En Sandia, consideramos activamente cómo podemos compartir nuestras experiencias y métodos con toda la industria.
SC23: Un foro para el progreso
Uno de los lugares donde la comunidad HPC se reúne para discutir estos desafíos y buscar soluciones juntos es el conferencia SC, que este año se llevará a cabo la semana del 12 al 17 de noviembre en Denver, Colorado. La conferencia SC no es sólo una reunión de HPC; Es un encuentro de mentes de diversos campos enfocados en resolver desafíos informáticos universales. Aquí analizamos no solo el futuro de HPC, sino también su relevancia inmediata para la innovación y la agilidad empresarial. Eventos como estos sirven como plataformas para fomentar asociaciones y demostrar el enfoque colaborativo de Sandia para abordar los desafíos informáticos de toda la industria.
Personalmente, invierto mucho tiempo en las conferencias SC para estar al tanto de las últimas tendencias de la industria y buscar innovaciones que puedan respaldar significativamente nuestra misión en Sandia y más allá. Este año formo parte del comité directivo de SC23 Taller CANOPIE HPCcon un enfoque en tecnologías de contenedores de última generación, virtualización y software de sistema operativo para soportar HPC.
Dado su potencial para mejorar la agilidad empresarial y controlar los costos, la portabilidad de la energía debería estar en el radar de cualquier líder tecnológico o responsable de la toma de decisiones empresariales que supervise aplicaciones de alto rendimiento que necesiten aprovechar el hardware de última generación.
Los animo a asistir a SC23 y ser parte de esta importante conversación que dará forma no solo al futuro de la informática, sino también a la competitividad de su negocio en un panorama cada vez más complejo y dinámico. El imperativo de la portabilidad del rendimiento es un llamado a la ciencia y las empresas para que se unan y avancen en las capacidades informáticas del mañana.
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