{"id":16886,"date":"2023-09-20T11:00:36","date_gmt":"2023-09-20T09:00:36","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/?p=16886"},"modified":"2025-02-24T11:04:56","modified_gmt":"2025-02-24T10:04:56","slug":"targetdart","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/2023\/09\/20\/targetdart\/","title":{"rendered":"targetDART: Dynamische Task-Migration im Hochleistungsrechnen vorantreiben"},"content":{"rendered":"<div class=\"twoclick_social_bookmarks_post_16886 social_share_privacy clearfix 1.6.4 locale-de_DE sprite-de_DE\"><\/div><div class=\"twoclick-js\"><script type=\"text\/javascript\">\/* <![CDATA[ *\/\njQuery(document).ready(function($){if($('.twoclick_social_bookmarks_post_16886')){$('.twoclick_social_bookmarks_post_16886').socialSharePrivacy({\"txt_help\":\"Wenn Sie diese Felder durch einen Klick aktivieren, werden Informationen an Facebook, Twitter, Flattr, Xing, t3n, LinkedIn, Pinterest oder Google eventuell ins Ausland \\u00fcbertragen und unter Umst\\u00e4nden auch dort gespeichert. 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Die ersten Hochleistungsrechner haben bereits seit diesem Jahr die Exaflop-Leistungsklasse (mindestens 10<sup>18<\/sup> Operationen pro Sekunde) erreicht. Zum Erreichen von Exascale in HPC-Systemen ist ein hoher Grad an Heterogenit\u00e4t notwendig. Damit Anwendungen die Leistung von Exascale-Systemen dennoch effizient ausnutzen k\u00f6nnen, muss die Skalierbarkeit auf sehr gro\u00dfen heterogenen Systemen verbessert werden. Eine Vielzahl von Komponenten ist f\u00fcr moderne H\u00f6chstleistungsrechner notwendig: vom Prozessor \u00fcber Datenspeicher, Dateisysteme und Beschleuniger bis zu Software und Algorithmen. F\u00fcr alle diese Komponenten sind auch neue Technologien und Anpassungen an bestimmte Anwendungen und Schnittstellen notwendig.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<p>Das BMBF-Projekt <a href=\"https:\/\/targetdart.github.io\/\">targetDART<\/a>\u00a0hat das Ziel, ein taskbasiertes Programmiermodell f\u00fcr hochskalierbare Simulationssoftware auf Basis der Programmierstandards MPI (Message Passing Interface) und OpenMP (Open Multi-Processing) zu entwickeln. Als Projektpartner agieren die Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen und das H\u00f6chstleistungsrechenzentrum Stuttgart. Dar\u00fcber hinaus ist die Durham University als assoziierter Partner beteiligt.<\/p>\n<p>Das targetDART-Projekt befasst sich mit der Herausforderung, Aufgaben w\u00e4hrend der Anwendungsausf\u00fchrung in Echtzeit zwischen CPUs, GPUs und Knoten zu migrieren. Durch die dynamische Verlagerung von Aufgaben auf der Grundlage der Arbeitslastanforderungen k\u00f6nnen die Systemressourcen effizient genutzt werden, was zu einer verbesserten Leistung und k\u00fcrzeren Ausf\u00fchrungszeiten f\u00fchrt. Mit diesem Ansatz k\u00f6nnen Anwendungen das volle Potenzial der zugrunde liegenden Hardware-Architektur aussch\u00f6pfen und eine optimale Effizienz erreichen.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3><span style=\"color: #00549f;\">Aufbauend auf dem Erfolg des Chameleon-Projekts<\/span><\/h3>\n<p>Das bereits abgeschlossene BMBF-Projekt <a href=\"http:\/\/www.chameleon-hpc.org\/\">Chameleon<\/a> dient als Grundlage f\u00fcr targetDART und liefert wertvolle Erkenntnisse und Ergebnisse zur dynamischen Task-Migration von Aufgaben zwischen den Knoten auf der Grundlage einer Bibliothek\/API. Diese innovative F\u00e4higkeit wird Entwickler*innen und Forschende in die Lage versetzen, diese Ergebnisse auf Hardwarebeschleuniger wie GPUs zu erweitern. Dabei sollen die erweiterten M\u00f6glichkeiten direkt in die Laufzeitumgebung des Clang Compilers integriert werden.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3><span style=\"color: #00549f;\">Die Balance zwischen Hardware und Software<\/span><\/h3>\n<p>Um das Potenzial von GPUs zu maximieren, wird das targetDART-Projekt das OpenMP-Target-Konstrukt nutzen, was das Erzeugen von Aufgaben f\u00fcr CPUs als auch f\u00fcr GPUs erm\u00f6glicht. Durch die Nutzung von GPUs, welche eine hohe Menge an parallelen Berechnungen erm\u00f6glichen, k\u00f6nnen Anwendungen erheblich beschleunigt und die Berechnungseffizienz verbessert werden. Dar\u00fcber hinaus wird MPI, insbesondere der neue Standard 4.0, im Rahmen des Projekts eingesetzt, um eine effiziente Kommunikation und Koordination zwischen den Knoten zu gew\u00e4hrleisten und eine nahtlose Migration von Aufgaben \u00fcber das System hinweg zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3><span style=\"color: #00549f;\">Von der Idee zur Anwendung<\/span><\/h3>\n<p>Die Auswirkungen von targetDART gehen \u00fcber die theoretischen Fortschritte hinaus, da das Projekt seinen innovativen Ansatz auf reale Szenarien anwendet. SeisSol, ein dynamischer Erdbeben- und seismischer Wellensimulator, und ExaHyPE, ein L\u00f6ser f\u00fcr hyperbolische partielle Differentialgleichungen, werden als Testf\u00e4lle f\u00fcr die Bewertung der Wirksamkeit der dynamischen Lastmigration eingesetzt. Durch die Bewertung der Leistung dieser komplexen Anwendungen will das Projekt seinen Ansatz validieren und greifbare Vorteile aufzeigen.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3><span style=\"color: #00549f;\">Kollaboration: Der Schl\u00fcssel zum Erfolg<\/span><\/h3>\n<div id=\"attachment_16887\" style=\"width: 310px\" class=\"wp-caption alignleft\"><a href=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/files\/2023\/08\/targetDART-IT-Center.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-16887\" class=\"wp-image-16887 size-medium\" src=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/files\/2023\/08\/targetDART-IT-Center-300x222.jpg\" alt=\"targetDART\" width=\"300\" height=\"222\" srcset=\"https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/files\/2023\/08\/targetDART-IT-Center-300x222.jpg 300w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/files\/2023\/08\/targetDART-IT-Center-1024x757.jpg 1024w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/files\/2023\/08\/targetDART-IT-Center-768x568.jpg 768w, https:\/\/blog.rwth-aachen.de\/itc\/files\/2023\/08\/targetDART-IT-Center.jpg 1116w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><p id=\"caption-attachment-16887\" class=\"wp-caption-text\">v.l.n.r.: Jose Gracia (HLRS), Tobias Weinzerl (DUR), Michael Bader (TUM), Adrian Schmitz (RWTH), Christian Siebert (HLRS), David Schneller (TUM), Mario Wille (TUM)<br \/>Quelle: Eigene Darstellung<\/p><\/div>\n<p>W\u00e4hrend sich die RWTH Aachen vertreten durch das IT Center auf OpenMP, target-Konstrukte und CPU-GPU-Migration konzentriert, ist das HLRS auf MPI und die Optimierung der Migration zwischen Knoten spezialisiert. Die TU M\u00fcnchen bringt ihre Expertise in der Anwendungsoptimierung ein und konzentriert sich auf die Weiterentwicklung von SeisSol und ExaHyPE.<\/p>\n<p>Die Skalierbarkeit und Ressourceneffizienz von Exascale-Anwendungen kann durch die optimierte Auslastung der Hardware und Rechenaufgaben deutlich gesteigert werden. Durch Erweiterungen der HPC-Standards MPI und OpenMP k\u00f6nnen auch andere Exascale-Anwendungen u\u0308ber targetDART hinaus von den Ergebnissen profitieren.<br \/>\nSomit k\u00f6nnen die Projektergebnisse eine hohe Breitenwirksamkeit erzielen.<\/p>\n<p>Dies wird neue Dimensionen der Leistung und Ressourcennutzung erschlie\u00dfen und die HPC-Community in die Lage versetzen, komplexe Probleme effizienter anzugehen.<br \/>\nAktuelle Status Updates findet ihr auf der <a href=\"https:\/\/targetdart.github.io\/\">Projektwebseite<\/a>.<\/p>\n<hr \/>\n<p>Verantwortlich f\u00fcr die Inhalte dieses Beitrags sind <a href=\"https:\/\/www.itc.rwth-aachen.de\/cms\/it-center\/IT-Center\/Profil\/Team\/~epvp\/Mitarbeiter-CAMPUS-\/?gguid=PER-RJ6UBL6&amp;allou=1\">Adrian Schmitz<\/a>, <a href=\"https:\/\/www.itc.rwth-aachen.de\/cms\/it-center\/IT-Center\/Profil\/Team\/~epvp\/Mitarbeiter-CAMPUS-\/?gguid=PER-FSX9U9J&amp;allou=1\">Malak Mostafa<\/a> und <a href=\"https:\/\/www.itc.rwth-aachen.de\/cms\/it-center\/IT-Center\/Profil\/Team\/~epvp\/Mitarbeiter-CAMPUS-\/?gguid=0x592B0D17C73A1249AC2C233FADF6EE96&amp;allou=1\">Janin Vreydal<\/a>.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>High-Performance Computing (HPC) geh\u00f6rt heute in vielen wissenschaftlichen Disziplinen zu den grundlegenden Forschungsmethoden. 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