Le supercalculateur de l'université technique de Madrid

Les scientifiques élargissent l'étude de nouveaux matériaux et des effets d'une excitation électronique intense à l'aide de lasers et de rayons X.

En bref :

  • L'Universidad Politécnica de Madrid (UPM) nécessitait les capacités d'un supercalculateur de nouvelle génération afin de pouvoir soutenir les études approfondies des experts informatiques de l'université et d'autres centres de recherche espagnols associés.

  • Magerit-3, un supercalculateur de 2 920 cœurs qui s'appuie sur le serveur Lenovo ThinkSystem SD530s équipé de processeurs Intel® Xeon® Scalable, a ainsi été déployé et mis en service. D'après l'université, ses performances atteignent près de 183 téraFLOPS.

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Synthèse

L'Universidad Politécnica de Madrid (UPM), la plus grande université scientifique et technologique hispanophone, nécessitait les capacités d'un supercalculateur de nouvelle génération afin de pouvoir soutenir les études approfondies de ses experts informatiques. Son supercalculateur Magerit-2 vieillissant, construit en 2011 sur la base de l'architecture IBM Power, a donc été remplacé par Magerit-3, un cluster de serveurs Lenovo ThinkSystem de 2 920 cœurs équipés de processeurs Intel® Xeon® Gold 6230. Le nouveau supercalculateur est entré en service en septembre 2019.

Enjeux

L'Universidad Politécnica de Madrid (l'université technique de Madrid ou UPM) comprend plusieurs facultés, avec notamment un département d'ingénierie, d'architecture, d'informatique et de science, et accueille plus de 40 000 étudiants au niveau licence, maîtrise et doctorat. En 2004, l'UPM a élargi les ressources mises à la disposition des chercheurs avec la création du Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid (CeSViMa) (Centre de calcul intensif et de visualisation de Madrid). Celui-ci offre des services de calcul intensif (HPC) et de visualisation interactive à l'aide de logiciels spécialisés dans l'ingénierie, l'énergie et l'environnement. Selon Oscar Cubo Medina, directeur technique du CeSViMA, le centre fournit des services de calcul intensif à toutes les facultés de l'UPM, ainsi qu'aux scientifiques d'instituts de recherche associés comme l'Instituto de Fusión Nuclear, un centre de l'UPM dédié à la recherche sur la fusion et la fission nucléaire et à l'excitation à haute énergie, et l'Instituto de Energía Solar, qui étudie des matériaux de nouvelle génération en vue de créer des panneaux solaires plus efficaces à moindre coût.

CeSViMa héberge Magerit, l'un des supercalculateurs les plus puissants d'Espagne. Magerit, qui signifie « lieu de nombreuses eaux » en arabe ancien, est l'ancien nom de Madrid. Magerit fournit des services de calcul intensif et d'informatique générale depuis plus de dix ans, avec trois phases distinctes. Magerit-1 a été construit en 2006 par IBM sur la base de son architecture Power. Magerit-2 a permis d'élargir les capacités du supercalculateur en 2011. Magerit-3 est entré en service en septembre 2019.

Depuis le déploiement de Magerit-2, les méthodes et les besoins informatiques de certains chercheurs de l'UPM ont évolué au point de dépasser les capacités de leurs ressources en calcul intensif. Eduardo Oliva Gonzalo est un chercheur postdoctoral à l'Instituto de Fusión Nuclear. Il étudie l'interaction des lasers et des plasmas et s'intéresse particulièrement à l'amplification des rayons X.

« Ce type de recherches est impossible sur des petits clusters », explique-t-il. Il a été amené par le passé à utiliser des petits systèmes computationnels, dont des clusters Beowulf développés par ses soins. « Les difficultés auxquelles je suis confronté sont multiples. Je dois simuler des millimètres et des centimètres de plasma, mais à haute résolution (jusqu'aux dixièmes de nanomètres). Pour ça, il faut posséder des capacités de calcul intensif. »

Les scientifiques Antonio Rivera et Ovidio Peña Rodríguez utilisent une simulation HPC pour étudier les nanoparticules plasmoniques et les effets d'une excitation électronique intensive sur les matériaux, notamment ceux qui sont utilisés dans les environnements nucléaires. Ils utilisent une série de codes liés à la physique et à la dynamique moléculaire, qui exigent de nombreux calculs.

« Autrefois, les simulations réalisées sur le supercalculateur pouvaient prendre une semaine », confie Antonio Rivera.

« Certains des calculs ne pouvaient pas être réalisés sur Magerit-2 », ajoute Ovidio Peña Rodríguez.

D'autres chercheurs, comme Pablo Palacios et Pablo Sanchez-Palencia de l'Instituto de Energía Solar, nécessitent le calcul intensif pour réaliser la modélisation théorique de nouveaux matériaux à base de pérovskite dans le cadre des solutions photovoltaïques. Les pérovskites sont considérées comme l'avenir de la technologie solaire. Les cellules photovoltaïques à la pérovskite sont moins chères et plus faciles à fabriquer que celles qui utilisent du silicium, mais elles sont également moins stables. Pablo Palacios et Pablo Sanchez-Palencia étudient de nouvelles combinaisons de pérovskites et de divers métaux afin de créer des matériaux photovoltaïques plus stables.

Compte tenu des avancées de la recherche, des codes de simulation et des processus, il était temps de mettre en place un nouveau Magerit en 2018.

Solution

Magerit-3 a été construit par Lenovo avec ses serveurs ThinkSystem SD530 à 2 sockets. Un total de 68 serveurs ThinkSystem SD530 fournit 2 920 cœurs issus de processeurs Intel® Xeon® Gold 6230. Magerit-3 fournit des performances Rpeak de 182,78 téraFLOPS.

« Nous sommes probablement l'un des plus gros utilisateurs de Magerit », déclare José Manuel Perlado, président de la physique nucléaire et directeur de l'Instituto Fusión Nuclear. « Bien que notre travail porte principalement sur la fission et la fusion nucléaire, beaucoup de nos codes et de nos recherches sont applicables à d'autres domaines où l'étude de la physique haute densité joue un rôle. »

Il explique que les codes des chercheurs exigent de nombreux calculs et nécessitent à la fois une grande capacité de traitement et de grandes quantités de mémoire. Certains codes ne peuvent pas être parallélisés. Selon José Manuel Perlado, Magerit-3 joue un rôle déterminant dans les recherches des scientifiques de l'Institut.

Le flux de travail de l'analyse des pérovskites : de la structure cristalline aux propriétés optiques. Les premières étapes vers la conception d'appareils solaires plus efficaces. (Photo reproduite avec l'aimable autorisation du groupe IES, UPM)

Synthèse de la solution

Pour soutenir les recherches avancées des scientifiques de l'UPM, de ses centres de recherche associés et d'autres institutions espagnoles, l'université devait déployer des capacités de calcul intensif de nouvelle génération. Magerit-3, un supercalculateur de 2 920 cœurs qui s'appuie sur des serveurs Lenovo ThinkSystem SD530 équipés de processeurs Intel® Xeon® Gold 6230, a donc été déployé et mis en service en septembre 2019. D'après l'université, il est capable de réaliser des calculs haute performance allant jusqu'à presque 183 téraFLOPS, soit un traitement des codes jusqu'à 5 fois plus rapide1.

Le supercalculateur Magerit-3, géré par le Centre de calcul et de visualisation de Madrid (CeSViMA). (Photo reproduite avec l'aimable autorisation de l'UPM)

Lenovo et Intel collaborent pour accélérer la convergence du calcul intensif et de l'IA, en créant des solutions de toutes tailles qui permettent aux utilisateurs de faire de nouvelles découvertes. Grâce à leur collaboration dans le domaine des systèmes et des solutions, de l'optimisation des logiciels et de l'établissement d'écosystèmes, leur objectif est d'accélérer la découverte et l'obtention de résultats pour résoudre les problèmes les plus complexes à l'ère de l'exascale et au-delà. Les serveurs Lenovo, le premier choix du TOP500 des supercalculateurs les plus rapides, sont équipés de processeurs Intel® Xeon® Scalable et des technologies de pointe Intel® pour le stockage, la mémoire et les logiciels. Ils offrent ainsi une fondation novatrice qui permet d'accélérer les progrès de la recherche scientifique et industrielle.

Composants de la solution

  • Construite par Lenovo avec 68 serveurs ThinkSystem SD530 à deux sockets
  • Processeurs Intel® Xeon® Gold 6230 de 20 cœurs chacun (2 920 cœurs au total)
  • 192 Go de mémoire, unité de stockage SSD Intel® de 480 Go par nœud (13 056 Po au total) 
  • 182,78 TFLOP de performances Rpeak