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Zusammen mit der Einführung von Claix-2018 wurde eine technische Zusammenarbeit zwischen der RWTH und NEC gestartet, welche die Portierung und die Performance von verschiedenen Produktions-Codes auf der Vektorarchitektur SX-Aurora Tsubasa untersucht. In diesem Kontext wurden die Codes XNS, ZFS, VASP, CIAO, Quantum ESPRESSO und CP2K untersucht. Außerdem wurde eine OpenMP Device Offloading Infrastruktur entwickelt und mit den SPEC-hpc und SPEC-Accel Benchmarks analysiert. Abgerundet wurde dieses Zusammenarbeit mit der Weitergabe dieses Wissens in verschiedenen Trainings und Workshops.

Projektlaufzeit: Januar 2017 – Juni 2020
Förderung: DFG Performance Engineering for Scientific Software

Ziel des ProPE-Projekts war die Entwicklung einer Blaupause für eine nachhaltige, strukturierte und prozessorientierte Service-Infrastruktur im Bereich Performance Engineering (PE) von Anwendungscodes im Hochleistungsrechnen mit Fokus auf deutsche Tier-2 und Tier-3 HPC-Zentren. Damit sollte es Anwendungswissenschaftlerinnen und ‑wissenschaftlern ermöglicht werden HPC-Systeme mit nachweislich optimaler Hardware-Ressourcenauslastung zu nutzen und so IT-bezogene Kosten zu senken. Hierzu haben die HPC-Zentren in Aachen, Erlangen und Dresden gemeinsam Prozesse, Methoden und Werkzeuge evaluiert, entwickelt und implementiert.

Im IT Center Blog wurde mehrfach über das Projekt und die von Aachen koordinierten ProPE-Initiativen berichtet: Zum Einen wurde über den überregionale Support für HPC-Nutzende informiert, der es ermöglicht Anfragen von HPC-Nutzenden strukturiert und nach Expertise zentrumsübergreifend zu beantworten. Des Weiteren wurde die Idee und Umsetzung des in ProPE entstandenen HPC-Wikis erläutert. Zusätzlich wurde im Rahmen des Projekts an allen Zentren ein HPC-Performance-Monitoring-System aufgesetzt. Das automatische Monitoring am IT Center zeigt beispielsweise die Flop/s und Speicherbandbreite eines Rechenknotens und ermöglicht so eine niederschwellig Analyse der Performancedaten aller HPC-Jobs. Seit August 2023 stehen diese Daten nicht nur den HPC-Expertinnen und ‑Experten des IT Centers zur Verfügung sondern können von allen HPC-Nutzenden selbst eingesehen werden. Infos dazu gibt es auf den IT Center Help.

Die Erfahrungen aus dem ProPE-Projekt wurden in einem Whitepaper veröffentlicht, das gleichzeitig als Blaupause für den Wissenschaftsrat für eine deutschlandweiten Einsatz dient. Ebenso berichtete das IT Center in seinem Jahresbericht von 2021-22 über die Projekt-Ergebnisse und ihre weitere Anwendbarkeit.

Viele Simulationsprogramme zeigen unterschiedliches Laufzeitverhalten über den Gesamtzeitraum der Simulation, insbesondere wenn adaptive Algorithmen angewendet werden. Performance-Analyse-Werkzeuge bieten nur wenig Unterstützung um dieses dynamische Verhalten zu analysieren. Im Rahmen des Projektes LMAC sollen die Werkzeuge Vampir, Scalasca und Periscope, sowie die Messinfrastruktur Score-P erweitert werden um eine bessere Unterstützung für die Analyse von dynamischem Anwendungsverhalten zu erreichen.

Ein besonderes Interesse der RWTH Aachen ist hierbei die Unterstützung von OpenMP Tasks, da Tasks eine einfache Möglichkeit sind um dynamische Algorithmen mit OpenMP zu parallelisieren. Partner des vom BMBF geförderten Projektes LMAC sind die TU Dresden, die TU München, die German Research School for Simulation Sciences, die Gesellschaft für numerische Simulation und das Forschungszentrum Jülich, sowie als assoziierte Partner die University of Oregon. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie auf der VI-HPS Webseite. (en)

Da moderne Anwendungen auf Hochleistungsrechnern eine immer größere Anzahl an Rechenkernen nutzen, werden Programmierer solcher Anwendungen mit immer neuen Herausforderungen konfrontiert um Anwendungen für diese Architekturen lauffähig zu bekommen. Performance-Analyse-Werkzeuge dienen dazu den Programmierer bei dieser Aufgabe zu unterstützen. Hierzu existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen, welche Leistungsdaten von Anwendungen messen und Visualisieren und Analysieren.

Für die Datengewinnung bieten diese Tools unterschiedliche Möglichkeiten um im Wesentlichen dieselben Daten zu erlangen. Im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes SILC wurde die einheitliche Messinfrastruktur Score-P entwickelt um die Gewinnung von Leistungsdaten zu vereinfachen. Daten welche mit Score-P erarbeitet werden können von verschiedenen Werkzeugen wie Vampir, Scalasca, Periscope oder TAU verwendet werden, so dass nur eine Messung nötig ist um unterschiedliche Analysen durchführen zu können. Projektpartner des SILC Projektes waren neben der RWTH Aachen die TU Dresden, die TU München, die Gesellschaft für numerische Simulation und das Forschungszentrum Jülich, sowie als assoziierte Partner die University of Oregon und die German Research School for Simulation Sciences. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie auf der VI-HPS-Webseite. (en)

Das mechanische Verhalten von semi-kristallinen thermoplastischen Bauteilen wird wesentlich durch ihre Mikrostruktur bestimmt. Daher ist die genaue Vorhersage ihrer Mikrostruktur wichtig beim Design der Bauteile.
Bislang sind Simulationprogramme, wie das im RWTH Institut für Kunststoffverarbeitung entwickelte SphaeroSim, nur auf kleine Bereiche eines Bauteils begrenzt. Zur Erreichung einer höheren Genauigkeit, um feinere Strukturen auflösen zu können, und um die Mikrostruktur eines vollständigen Bauteils, das mit dem Spritzgussverfahren hergestellt wird, erfassen zu können, ist der Einsatz von Hochleistungsrechnern von Nöten.
Im Rahmen eines vom RWTH Exploratory Research Space bis 2013 unterstützten Projektes wurde SphaeroSim mit Message Passing (MPI) und zusätzlich durch Multi-Threading auf mehreren Ebene parallelisiert. Auch eine Portierung auf den vielversprechenden Manycore-Prozessor Intel Xeon Phi wurde durchgeführt. Insgesamt wurde die Skalierbarkeit von SphaeroSim im Rahmen des Projektes von anfangs wenigen Threads eines Arbeitsplatzrechners auf über 1000 Rechenkerne eines aktuellen Rechenclusters erhöht. Inzwischen kann nahezu die vollständige Morphologie eines komplexen Spritzgussteils berechnet werden.

Hochleistungscluster bieten oft mehrere MPI-Bibliotheken und Compiler-Suites für Parallelprogrammierung an. Dies bedeutet, dass Anwendungen für parallele Programmierung, die meist von einer bestimmten MPI-Bibliothek und manchmal von einem bestimmten Compiler abhängen, mehrfach installiert werden müssen, jeweils einmal für jede Kombination von MPI-Bibliothek und Compiler, die unterstützt werden soll. Darüber hinaus werden im Laufe der Zeit neuere Versionen der Anwendungen veröffentlicht und installiert. Eine Möglichkeit um viele verschiedene Versionen von Software-Paketen zu verwalten bietet die „module“-Software, die von vielen Rechenzentren auf der ganzen Welt genutzt wird. Jedes Rechenzentrum bietet jedoch eine verschiedene Zusammenstellung von Anwendungen an, hat andere Richtlinien wie und wo verschiedene Software-Pakete installiert werden und wie verschiedene Versionen benannt werden. UNITE versucht diese Situation für Debugging- und Performance-Anwendungen zu verbessern.