Cyberinfrastructure for Accelerating Physics & Astronomy Applications With Many-core and Accelerator-Based Systems

加速物理发展的网络基础设施

基本信息

  • 批准号:
    0961044
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 157.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-04-01 至 2014-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The rapid increase of data rates and volumes (peta-operations/second, 15 petabytes/year) from physics and astronomy simulations, observations, experiments and analyses are reaching critical computational impasse. To meet the demands of petascale to exascale computing challenges, fundamentally new energy efficient supercomputing architectures and solutions will have to be researched and developed. The uniqueness of this work is in adopting science/application-driven approach where the key application-drivers are identified up-front to assess the efficacy of this new approach. With wide appeal, the new period of energy efficient science with new performance metrics such as operations-per-watt presents a great opportunity to lead the progress of scientific research.We will build a cyberinfrastructure of comprehensive software libraries, tools, frameworks, easy-assembly common hardware modules and complete turnkey solutions by leveraging emerging many-core architectures with emphasis on Graphics Processing Units (GPUs). The three-year research plan will develop algorithms, and hardware infrastructures for efficient scalable solutions directly applicable to a broad range of compute-intensive scientific problems. The set of applications are categorized into three separate domains - simulation, instrumentation and data processing - covering specific real-case challenges in cosmology, astronomy, optics, and image/data processing with potential of interdisciplinary relevance. The developed cyberinfrastructure will be released to the broader scientific community with methodologies for easy implementation. Successfully harnessing the power of the parallel architectures such as GPUs for compute-intensive scientific problems via the planned cyberinfrastructure will open doors for new discovery and revolutionize the growth of science. The infrastructure will actively identify interdisciplinary acceleration overlaps and will alleviate adoption. Extremely high-speed massive simulations will cut the overall execution times by several orders of magnitudes, thereby reducing monthly time cycles, prone to malfunctions and delays, to hours and minutes. Remote on-site handling of high data rates will make real-time imaging in radio astronomy possible for the first time. Partnerships have been established with international groups in National Astronomical Observatories of China, and University of Heidelberg, Germany. The proposed research will engage and enable students. The combination of low cost devices and cyberinfrastructure will supply affordable high performance computing for young researchers and students. The infrastructure will be released to the broader community in yearly cycles with open source license punctuated with workshops to widen the scope of the research.
物理和天文学模拟、观测、实验和分析产生的数据速率和数据量(每秒千万亿次,每年 15 拍字节)的快速增长正在达到关键的计算僵局。为了满足千万亿级到百亿亿级计算挑战的需求,必须研究和开发全新的节能超级计算架构和解决方案。 这项工作的独特性在于采用科学/应用驱动的方法,其中预先确定关键应用驱动程序以评估这种新方法的有效性。具有广泛吸引力的节能科学新时期以及新的性能指标(例如每瓦操作数)提供了引领科学研究进步的绝佳机会。我们将建立一个由综合软件库、工具、框架、易于使用的网络基础设施组成的网络基础设施。通过利用新兴的多核架构(重点是图形处理单元 (GPU))来组装通用硬件模块和完整的交钥匙解决方案。这项为期三年的研究计划将开发算法和硬件基础设施,以实现直接适用于广泛的计算密集型科学问题的高效可扩展解决方案。这组应用程序分为三个独立的领域 - 模拟、仪器仪表和数据处理 - 涵盖宇宙学、天文学、光学和图像/数据处理方面的特定实际挑战,具有跨学科相关性的潜力。开发的网络基础设施将向更广泛的科学界发布,并提供易于实施的方法。通过计划中的网络基础设施成功利用 GPU 等并行架构的力量来解决计算密集型科学问题,将为新发现打开大门,并彻底改变科学的发展。该基础设施将积极识别跨学科加速重叠,并减少采用。极高速的大规模模拟会将整体执行时间缩短几个数量级,从而将容易出现故障和延迟的每月时间周期缩短到几小时和几分钟。高数据速率的远程现场处理将首次使射电天文学中的实时成像成为可能。与中国国家天文台和德国海德堡大学的国际团体建立了合作伙伴关系。拟议的研究将吸引并帮助学生。低成本设备和网络基础设施的结合将为年轻研究人员和学生提供负担得起的高性能计算。该基础设施将按年周期向更广泛的社区发布,并提供开源许可证,并举办研讨会,以扩大研究范围。

项目成果

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  • 资助金额:
    $ 157.9万
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