Análisis y Desarrollo de Herramientas de Simulación para Redes de Sistema en Supercomputadores Exascale

Abstract

RESUMEN: Tanto los nuevos sistemas High-Performance Computing (HPC) que se desarrollarán en un futuro como el prototipo construido en el seno del proyecto europeo Mont-Blanc necesitarán redes de alto rendimiento. Estas redes deben ser capaces de dotar de conectividad a centenares de miles o incluso millones de nodos de cómputo para lograr el rendimiento que se obtendrá con los futuros supercomputadores Exascale. Para presentar aportaciones al diseño de estas redes es necesaria una herramienta con la que poder evaluarlas, y que permita analizar su coste, rendimiento y consumo energético. La herramienta a utilizar debe admitir nuevos desarrollos de forma ágil pero a la vez tiene que ser fiable y, debido a los tamaños que se van a manejar en el futuro, tiene que ser escalable y permitir abordar experimentos con redes de gran tamaño. En este trabajo se analiza el simulador BookSim y se comprueban sus capacidades analizando soluciones planteadas recientemente para redes de alto grado. Durante la realización de los experimentos se han obtenido datos que permiten analizar la viabilidad de este simulador como herramienta futura para el análisis de redes para los mencionados supercomputadores Exascale. Del trabajo realizado se concluye principalmente que el simulador ha permitido la evaluación de los casos de uso propuestos y que a priori puede ser la herramienta elegida para futuros desarrollos, puesto que permite llegar a simular redes con un millón de nodos y la incorporación de nuevas redes a evaluar en un futuro. Asimismo, durante la realización de los mismos se ha concluido que el uso del trunking para balancear redes Flattened Butterly (FB) asimétricas y redes Dragonfly (DF) desbalanceadas es válido. Concretamente en este último caso, aunque existen dos tipos de trunking posibles, se concluye que desde un punto de vista tecnológico no tiene sentido plantearse uno de ellos. Aunque se da por válido el simulador para su posterior uso en futuros proyectos, se desea destacar que la ausencia de documentación sobre el mismo y la inactividad de su lista de usuarios no facilita el uso ni el desarrollo sobre el mismo.

ABSTRACT: The new High-Performance Computing (HPC) systems that will be developed in the future, as well as the prototype built in the bosom of the Mont-Blanc european project will need high performance networks. These networks must be able to connect hundreds of thousands or even millions of nodes to achieve the performance which will be reached with the future Exascale supercomputers. In order to submit contributions to the design of these networks, a tool to evaluate them and that allows to analyse their cost, performance and power cost is needed. The tool to be used must allow new developments easily, but at the same time it must be reliable and, due to the sizes that are going to be handled in the future, it must be scalable and allow carrying out experiments with big-size networks. In this paper, the Booksim simulator is analysed, checking its abilities analysing solutions which have been recently suggested for high-radix networks. During the realization of the experiments, data has been obtained, which allows to analyse the viability of this simulator as a future tool for the analysis of networks for the mentioned Exascale supercomputers. As a main conclusion, it can be said that the simulator has allowed the evaluation of the use cases suggested and that it can a priori be the tool chosen for future developments, since it lets simulate networks with a million nodes and the incorporation of new networks to be evaluated in the future. Furthermore, during the realization of those use cases, it has been concluded that the use of trunking to balance asymmetric Flattened Butterly (FB) networks and unbalanced Dragonfly (DF) networks is valid. Specifically in this last case, although there are two type of possible trunking, it is concluded that from a technological point of view it does not make sense to think of one of them. Although the simulator is considered valid for its use in future projects, it is worth mentioning that the lack of documentation about it and the inactivity of its users’list does not facilitate to use it or develop on it.