We present and evaluate the ExaNeSt Prototype, a liquid-cooled rack prototype consisting of 256 Xilinx ZU9EG MPSoCs, 4 TBytes of DRAM, 16 TBytes of SSD, and configurable interconnection 10-Gbps hardware. We developed this testbed in 2016-2019 to validate the flexibility of FPGAs for experimenting with efficient hardware support for HPC communication among tens of thousands of processors and accelerators in the quest towards Exascale systems and beyond. We present our key design choices reagrding overall system architecture, PCBs and runtime software, and summarize insights resulting from measurement and analysis. Of particular note, our custom interconnect includes a low-cost low-latency network interface, offering user-level zero-copy RDMA, which we have tightly coupled with the ARMv8 processors in the MPSoCs. We have developed a system software runtime on top of these features, and have been able to run MPI. We have evaluated our testbed through MPI microbenchmarks, mini, and full MPI applications. Single hop, one way latency is $1.3$~$\mu$s; approximately $0.47$~$\mu$s out of these are attributed to network interface and the user-space library that exposes its functionality to the runtime. Latency over longer paths increases as expected, reaching $2.55$~$\mu$s for a five-hop path. Bandwidth tests show that, for a single hop, link utilization reaches $82\%$ of the theoretical capacity. Microbenchmarks based on MPI collectives reveal that broadcast latency scales as expected when the number of participating ranks increases. We also implemented a custom Allreduce accelerator in the network interface, which reduces the latency of such collectives by up to $88\%$. We assess performance scaling through weak and strong scaling tests for HPCG, LAMMPS, and the miniFE mini application; for all these tests, parallelization efficiency is at least $69\%$, or better.


翻译:我们介绍并评估了ExaNeSt原型——一款液冷机架原型,包含256个赛灵思ZU9EG MPSoC、4 TB DRAM、16 TB固态硬盘及可配置的10 Gbps互连硬件。该测试平台于2016-2019年间开发,旨在验证FPGA在支持高效HPC通信硬件方面的灵活性,以探索由数万处理器和加速器组成的百亿亿次及更高性能系统。我们阐述了整体系统架构、PCB及运行时软件的关键设计决策,并总结了测量与分析所得的关键洞见。特别指出,我们的定制互连包含低成本低延迟网络接口,提供用户级零拷贝RDMA功能,且已与MPSoC中的ARMv8处理器紧密耦合。基于这些特性,我们开发了系统软件运行时,并成功运行了MPI。通过MPI微基准测试、迷你应用及完整MPI应用对测试平台进行了评估。单跳单向延迟为1.3微秒,其中约0.47微秒来自网络接口及其功能暴露给运行时的用户空间库。更长路径的延迟按预期增长,五跳路径延迟达2.55微秒。带宽测试显示,单跳链路利用率可达理论容量的82%。基于MPI集合通信的微基准测试表明,随着参与层级增加,广播延迟呈预期增长。我们还在网络接口中实现了自定义Allreduce加速器,使此类集合延迟降低高达88%。通过HPCG、LAMMPS及miniFE迷你应用的弱扩展与强扩展测试评估性能缩放:所有测试中并行化效率至少达到69%或更高。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员