访问应用程序可视化工作负载和速度使全球的研究

今天,高性能计算和可视化功能赋予科学的前沿。提取有意义的见解从今天的研究人员所使用的大量工作负载需要的支持从头开始构建应用程序来管理大量的实验数据和extreme scale模拟。当科学家们需要执行的任务,如比较分析视觉调试、定量分析,和数据探索,他们经常依靠开放访问应用程序的帮助。访问它的名字来自一个缩短版本的短语“想象它。”

作为一个开源的应用程序,访问目的是作为分析和现成的基础设施visualization-based工作负载。发展了几年在劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)代表美国能源部(DoE)核安全机构访问应用程序开始它的旅程作为一种工具来处理巨大的基于网格的数据集。访问提供变异体移植到支持苹果的Mac操作系统,微软Windows, Linux和其他风格的Unix。访问支持大型数据驱动器每年成千上万的下载来自世界各地的专家。代码库的灵活性支持学科如分子建模和体绘制技术。

今天这个应用程序维护的几组并行工作,管理和扩展原始代码迭代。目前,大约有十几个开发人员从劳伦斯利弗莫尔,大学和其他美国能源部实验室简化和增加应用程序的一个半几百万行代码,不包括另一个几百万行从第三方库的开发人员。在图书馆所使用的访问是数据的可视化工具包(VTK)库建模和许多可视化算法,Qt小部件库的用户界面功能,作为一个命令行解释器和Python。迄今为止,这次访问团队投入了相当于100人每年架构,编码,和移植应用程序。

分子呈现一个巨大的病毒(Girus) Cafeteria roenbergensis病毒¹。图像呈现在台面OpenSWR 17.1.9使用访问3.0 beta可视化方案。这里显示是1.4 GB的pseudo-atomic模型病毒外层蛋白质壳(衣壳)5200万个原子组成的。左边的概述整个衣壳,右边是一个特写镜头,规模较小的原子结构的深度和细节。原子在碳灰色显示,氮在蓝色,氧气在红色,用黄色和硫磺。图片由阿洛克Hota,英特尔¹。

为访问用户场景提供灵活性的原始设计体系结构采用客户机-服务器模型。使用这种方法,团队使更大的并行化处理大型数据集在服务器端,并提高远程数据使用本地工作站的交互性。当客户机-服务器模型代表最常用的访问情况,与服务器读取数据文件,另一个选项的存在。在第二种情况下,模拟代码可以直接集成“Lib-VisIt”,允许它作为自己的服务器进行分析和可视化。双管齐下的模式已经适应巨大的工作负载在过去,像粒子模拟。

支持多种工作负载,访问抽象提供了五个主要的用户界面,支持每一个子集。这个联合国政府间气候变化专门委员会访问项目的主要因素是剑黄,屡获殊荣的田纳西大学的计算机科学教授,他的团队致力于现代化的渲染方面代码库使用Intel-driven软件定义可视化技术栈。黄阐述了不同的抽象级别,提供展示能力的深度访问。“现在访问提供八十五文件格式读者,21“情节”来呈现数据,和42“运营商”,使操纵数据。50个预先设定的查询访问特性也可以把信息从数据集,和一百多名“表达式”创建派生的数量。然而,我们的团队始终致力于改善访问应用程序。如果开发人员、科学家、和代码用户告诉我们他们需要额外的功能,我们希望尽我们所能使他们的工作。”

流线与OSPRay 1.5.0呈现各向同性湍流数据访问3.0 beta可视化方案。这里显示是1.5 GB 512 ^³各向同性湍流卷²三维流体速度。128 ^²通过这个空间流线生成在访问中使用龙格-库塔集成器。由此产生的线是通过OSPRay呈现几何缸原语与不需要镶嵌。

汉克•蔡尔兹大学的计算机科学副教授俄勒冈州,担任项目架构师从2000年成立到2013年,今天仍然工作在这个项目。蔡尔兹表示,当前主要进一步扩大应用的可伸缩性编码努力通过并行处理更大的数据集,以及改进的地区从用户界面到数据分析功能。补充这些组件插件可以容纳额外的模块,使数据库集成、绘图等等。

更大的可伸缩性总结团队的未来目标的访问。蔡尔兹指出,“访问最初编写在一个时代,每个节点的性能局限于一个单一的核心。使团队面临的挑战经典的基于磁盘的存储已经成为大规模可视化和建模工作负载的一个瓶颈。过去的四到五年代表一段迷人的多变化和创新。现代技术像Intel Xeonφ和英特尔至强处理器提供显著更大的多核性能。赋予更大的科学研究,我们现在可以更新访问更大的并行性,利用所有的处理能力。多核解决方案提供了一个路径推进现场处理数据的能力和可视化工作负载。结合,这代表了一个巨大的机会来提高可伸缩性,我们生活在一个令人兴奋的HPC的时候了。”

补充硬件的进步,低级相关的API从英特尔提供优化,公众对射线追踪功能的处理器内核。像英特尔这样的指令集先进的矢量扩展(英特尔AVX)创建进一步的性能改进的机会。

CM1龙卷风模拟数据集呈现在台面OpenSWR 17.2.3使用访问3.0 beta可视化方案。这里是一个770 MB的3 d风速。iso-surface过滤器已申请6速度大小和一盒夹强调龙卷风的内部结构。由此产生的轮廓包含大约770万个三角形。这个演示使用Intel Xeon铂的cpu上运行。图片由阿洛克Hota,英特尔¹。

访问的有效性在许多情况下最大化团队整合与集成OSPRay射线追踪能力在可视化和先进的灯光效果OpenSWR对传统rasterization-based呈现。OpenSWR实现集成了台面,OpenGL的软件实现。而OSPRay和OpenSWR采用不同的方法来可视化,每个提供其优势的上下文中访问。与不同的工作负载大小团队执行许多测试后发现OSPRay射线追踪方法提供了改进的性能在场景中大量对象呈现在一个较低的分辨率。射线跟踪还提供先进的灯光效果。另一方面,OpenSWR的光栅化实力胜过对于需要更高的分辨率可视化的场景(见上图)。由于访问代码可以扩展以适应数据集规模从字节到几千兆,渲染方法的选择允许用户需求的最佳方法。

今天,访问服务于许多领域的探索,包括天体物理学和气候相关的现象。为了演示访问的可伸缩性,黄和他的团队使用了最新的访问代码库与SWR呈现可视化t级CM1龙卷风数据集产生的Orf,为首的研究小组威斯康辛大学的大气科学家。

展望未来,他的团队的工作,孩子的反映了影响的努力,他希望访问将继续进行。“我们创建访问作为一个使能技术帮助他人进步他们的研究。使用它作为一个工具,科学家们能做的事情在过去是不可能的,”孩子说。“作为新处理器和其他技术进步HPC,我们要尽我们所能来访问和创新优化的科学中获益最大。在接下来的十年,我们预测更多的技术的进步,我们的团队很高兴学习新方法研究人员可以从访问中获益。”

1数据集的数据是基于模型测试程序可视化能力和最终结果的访问联合国政府间气候变化专门委员会合作包括来自川肖的德克萨斯大学埃尔帕索,詹姆斯·杰弗斯英特尔剑黄田纳西大学的,诺克斯维尔和汉克•蔡尔兹Garrett莫里森,马塔伊俄勒冈大学的资源。

2 y, e·珀尔曼m .广域网,y, r·伯恩斯,c . Meneveau r·伯恩斯,s . Chen Szalay & g . Eyink。“公共湍流数据库集群和应用研究拉格朗日进化速度增量的动荡”。31号《湍流9日,2008年。数据集由约翰霍普金斯湍流数据库组。

罗伯·约翰逊在他的职业生涯咨询一笔25科技公司。目前,Rob拥有微调,LLC的战略营销和通信咨询公司位于波特兰,俄勒冈州。作为技术、音频和设备终身爱好者,抢劫也为TONEAudio杂志写道,回顾高端音响设备。

本文是作为英特尔的HPC编辑程序的一部分,强调目标的尖端科学研究和创新驱动的HPC社区通过先进的技术。出版商的内容拥有最终的编辑权限,并确定哪些文章发表。