23.09.2022

"Die Arbeiten in diesem neuen Zentrum nutzen das Potenzial von Intel oneAPI, um energieeffizientes Rechnen für materialwissenschaftliche und biowissenschaftliche Codes weiterzuentwickeln."

Das Zuse-Institut Berlin (ZIB) hat ein Intel oneAPI Center of Excellence gegründet, um mithilfe der architekturübergreifenden oneAPI-Programmierung energieeffizientes Hochleistungsrechnen zu verbessern und gleichzeitig portable Implementierungen für GPUs und FPGAs zu entwickeln.

Mit dem Intel oneAPI Center of Excellence baut das ZIB seine langjährige Zusammenarbeit mit Intel nach der Gründung des Intel® Parallel Computing Center im Jahr 2013 aus. Um portable Anwendungen auf Beschleunigerarchitekturen verschiedener Hersteller zu fördern, wurde das offene, einheitliche Programmier-Framework von oneAPI gewählt, da es verschiedene Abstraktionsebenen und eine standardisierte Sprachunterstützung für CPUs, GPUs und FPGAs unterstützt. Da die Energiekosten für den Betrieb von HPC-Ressourcen immer wichtiger werden, ist das ZIB besonders daran interessiert, die Möglichkeiten von oneAPI für energieeffizientes Rechnen anhand von zwei ausgewählten Workloads aus den Material- bzw. Biowissenschaften zu untersuchen.

Beschleunigung von Codes aus den Material- bzw. Biowissenschaften

Die Arbeitsgruppe „Algorithms for Innovative Architectures“ (A4IA) der Abteilung Supercomputing und das NHR-Zentrum am ZIB arbeiten an der Migration und Optimierung des VASP-Codes auf GPUs der Intel Xe-Architektur. VASP ist einer der weltweit wichtigsten Workloads für materialwissenschaftliche Studien für schnellere atomistische Simulationen von Materialien. Dabei wird die Zusammenarbeit mit Experten des VASP-Entwicklerteams an der Universität Wien und der VASP Software GmbH fortgesetzt.

Mithilfe ihrer Expertise im Bereich des Custom Computings in den Biowissenschaften entwickelt die Arbeitsgruppe A4IA unter Verwendung von oneAPI portable und schnelle Implementierungen von Funktionen der SeqAn-Bibliothek, um energieeffiziente Lösungen für genomische Analyse-Workflows auf FPGAs und CPUs zu ermöglichen. Die SeqAn-Bibliothek, die weltweit genutzt wird, wurde an der Freien Universität Berlin vom Lehrstuhl Knut Reinerts entwickelt, der auch Partner in einem verwandten Projekt ist.

Neben der Forschung und Entwicklung von effizienten Code-Designs und Implementierungen realer Workloads mit oneAPI werden am ZIB Weiterbildungs- und Lehrveranstaltungen entwickelt. Wir organisieren weiterhin gemeinsam mit Intel jährliche oneAPI-Workshops und werden SYCL und oneAPI in unserem geplanten Kursangebot für Studenten und Wissenschaftler integrieren.

"Damit der Bedarf an höherer Rechenleistung durch Beschleuniger gedeckt werden kann, ist ihre Programmierung mit einem breit unterstützten Standard von entscheidender Bedeutung, um nicht an einen bestimmten Anbieter gebunden zu sein", sagt Steffen Christgau, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Arbeitsgruppe A4IA des ZIB. "Mit oneAPI’s SYCL-Implementierung haben wir erfolgreich architekturübergreifende Einsatzmöglichkeiten für Demonstrationsanwendungen entwickelt. Im Rahmen der Aktivitäten des Zentrums werden wir diese Kenntnisse nutzen, um wichtige Anwendungen der Nutzer unserer HPC-Ressourcen auf oneAPI zu portieren. Um den Wissenstransfer zu fördern und die künftige Generation von Wissenschaftlern auf den unvermeidlichen Übergang zum heterogenen Rechnen vorzubereiten, werden wir SYCL und oneAPI in unser Lehrangebot aufnehmen."

Thomas Steinke, Leiter der Abteilung Supercomputing, erklärt: "Wir freuen uns, unsere erfolgreiche Zusammenarbeit mit Intel fortzusetzen, die vor fast 10 Jahren begonnen hat. Dieses neue Format der gemeinsamen Arbeit ist wichtig für uns, um zukünftige Wege zu portablen, leistungsfähigen und energieeffizienten Lösungen auf der Grundlage standardisierter paralleler Programmiermodelle für Beschleuniger wie GPUs, FPGAs und darüber hinaus zu erforschen."

"Die kontinuierliche Zusammenarbeit von Intel mit dem Zuse-Institut Berlin hat Entwicklern im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens nicht nur geholfen, die besten Methoden für paralleles Rechnen zu verstehen und zu implementieren, sondern sie auch in Anwendungen zu nutzen, die in Deutschland und weltweit genutzt werden", sagte Joe Curley, Vice President and General Manager of Intel Software Products and Ecosystem Group. "Unser neuestes Center of Excellence wird sich nun darauf konzentrieren, die Probleme der architekturübergreifenden Programmierung mit dem Ziel zu adressieren, den Entwicklern Produktivitätsvorteile zu verschaffen, die Langlebigkeit des Codes zu erhöhen und ihnen die Freiheit zu geben, die beste Hardware für ihre Anwendungen zu wählen."

Über das ZIB

Das Zuse-Institut Berlin (ZIB) ist ein interdisziplinäres Forschungsinstitut für angewandte Mathematik und datenintensives Hochleistungsrechnen. Seine Forschung konzentriert sich auf Modellierung, Simulation und Optimierung mit wissenschaftlichen Kooperationspartnern aus Wissenschaft und Industrie. Seit Januar 2021 erweitert das ZIB sein wissenschaftliches Angebot durch HPC-Beratung für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Deutschland und internationalen Projekten im Rahmen der bundesweiten HPC-Initiative "Nationales Hochleistungsrechnen" (NHR). Das ZIB betreibt Rechen- und Speicherressourcen auf höchstem Niveau, derzeit das 8 PFlop/s HPC-System "Lise" mit Intel Cascade Lake AP CPU-Knoten sowie in Kürze mit GPU-Rechenknoten einschließlich der Intel Xe GPU-Architektur.

Über Intel oneAPI

oneAPI ist ein offenes, einheitliches und architekturübergreifendes Programmiermodell für CPUs und Beschleunigerarchitekturen (GPUs, FPGAs und andere). Das auf Standards basierende Programmiermodell vereinfacht die Softwareentwicklung und bietet kompromisslose Leistung für beschleunigte Berechnungen ohne proprietäre Bindung an Hersteller und ermöglicht gleichzeitig die Integration von bestehendem Code. Mit oneAPI können Entwickler die beste Architektur für ihr spezifisches Problem wählen, ohne die Software für die nächste Architektur und Plattform neu zu schreiben.

Erfahren Sie mehr über die Intel oneAPI Centers of Excellence.