Le nœud conçu dans le cadre d'ExaNoDe, basé sur l'utilisation de technologies d'intégration tridimensionnelle, contribuera de manière significative à la conception de nouvelles architectures pour le calcul exascale – capables d'effectuer un milliard de milliards de calculs par seconde, soit dix fois plus vite que les ordinateurs les plus puissants actuels.
Le prototype ExaNoDe permet de combiner et d'interconnecter différents types de puces système sur puce (SoC), notamment des processeurs à usage général et des accélérateurs FPGA reconfigurables dynamiquement, au sein d'un seul module multipuces (MCM) tridimensionnel. Cette approche permet de réduire la consommation d'énergie et la latence nécessaires au transfert de données entre les puces. De plus, l'utilisation de puces offre une modularité dans la conception des nœuds et une réduction des coûts de fabrication. Ce module tridimensionnel repose sur un dispositif d'interposition innovant développé par le CEA (Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives), qui coordonne le projet ExaNoDe. Le partage de mémoire entre plusieurs MCM, au sein du même nœud ou entre nœuds, est réalisé à l'aide d'UNIMEM, une interconnexion à faible latence développée par FORTH (Grèce), également membre du projet.
Pour permettre aux programmeurs d'exploiter les diverses ressources matérielles, tant au niveau d'un nœud unique que de plusieurs nœuds, les chercheurs du projet ExaNoDe ont amélioré les modèles de programmation à mémoire partagée OmpSs-2@Cluster et OpenStream, ainsi que GASPI et MPI pour la mémoire distribuée, en optimisant leur implémentation pour tirer parti de l'interconnexion UNIMEM à faible latence. Ces modèles de programmation ont été évalués sur le prototype ExaNoDe à l'aide de diverses mini-applications dans les domaines de la physique, des sciences des matériaux et de l'ingénierie.
« Les experts du BSC impliqués dans le projet ExaNoDe ont développé le modèle de programmation OmpSs-2@Cluster. Grâce à ce modèle, les programmeurs pourront exploiter facilement toutes les ressources matérielles », explique Paul Carpenter, chercheur au département d'informatique du BSC. Ce centre de recherche a également développé une bibliothèque MPI optimisée pour le prototype ExaNoDe, intégrant la norme MPI-3.1 et permettant aux applications de maximiser leurs performances grâce à l'interconnexion UNIMEM à faible latence.
Les experts du BSC ont analysé diverses applications et architectures actuelles afin de caractériser leurs exigences en termes de capacité mémoire, de latence et de bande passante, et ont prédit les performances de la future architecture ExaNoDe basée sur des processeurs HPC dotés de mémoire à large bande passante (HBM). Cette étude, fondée sur une simulation détaillée, démontre que l'utilisation de ces technologies HBM sera indispensable pour atteindre les performances attendues des futures architectures de supercalcul.
Les résultats obtenus dans le cadre du projet ExaNoDe s'appuient sur les travaux de recherche et développement antérieurs du projet EUROSERVER et sont actuellement utilisés dans le cadre du projet européen EuroEXA, tous deux financés par la Commission européenne.
