Industrial Code Modernization of High Performance Computing simulations on modern supercomputer architectures

Adaptation de codes industriels de simulation en Calcul Haute Performance aux architectures modernes de supercalculateurs

Nathalie Möller (1)

1 LI-PaRAD - Laboratoire d'Informatique Parallélisme Réseaux Algorithmes Distribués

For many years, the stability of the architecture paradigm has facilitated the performance portability of large HPC codes from one generation of supercomputers to another.The announced breakdown of the Moore's Law, which rules the progress of microprocessor engraving, ends this model and requires new efforts on the software's side.Code modernization, based on an algorithmic which is well adapted to the future systems, is mandatory.This modernization is based on well-known principles as the computation concurrency, or degree of parallelism, and the data locality.However, the implementation of these principles in large industrial applications, which often are the result of years of development efforts, turns out to be way more difficult than expected.This thesis contributions are twofold :On the one hand, we explore a methodology of software modernization based on the concept of proto-applications and compare it with the direct approach, while optimizing two simulation codes developed in a similar context.On the other hand, we focus on the identification of the main challenges for the architecture, the programming models and the applications.The two chosen application fields are the Computational Fluid Dynamics and Computational Electro Magnetics.

Durant de longues années, la stabilité dans le paradigme d'architecture a facilité la portabilité de performance des grands codes en Calcul de Haute Performance d'une génération à l'autre de supercalculateurs.L'effondrement programmé de la loi de Moore - qui règle les progrès en gravure des micro-processeurs - bouscule ce modèle et requiert un effort nouveau du côté logiciel.Une modernisation des codes basée sur une algorithmique adaptée aux futurs systèmes est ainsi nécessaire.Cette modernisation repose sur des principes de base connus tels que la concurrence des calculs et la localité des données.Cependant, la mise en œuvre de ces principes dans le cadre d'applications réelles en milieu industriel – lesquelles applications sont souvent le fruit d’années d’efforts de développement - s’avère bien plus compliquée que ne le laissait prévoir leur simplicité apparente.Les contributions de cette thèse sont les suivantes :D’une part, nous explorons une méthodologie de modernisation de codes basée sur l’utilisation de proto-applications et la confrontons à une approche directe, en optimisant deux codes de simulation dévéloppés dans un contexte similaire.D’autre part, nous nous concentrons sur l’identification des principaux défis concernant l’adéquation entre applications, modèles de programmation et architectures.Les deux domaines d'application choisis sont la dynamique des fluides et l'électromagnétisme.

Mots clés: Parallelism; Distributed memory; Shared memory; Multipole Method; Communications; Task-Based programming

Mots clés: Parallélisme; Mémoire partagée; Mémoire distribuée; Méthode Multipôle; Communications; Programmation par tâches

Domaines: Calcul parallèle, distribué et partagé [cs.DC]

Nathalie Möller. Industrial Code Modernization of High Performance Computing simulations on modern supercomputer architectures. Distributed, Parallel, and Cluster Computing [cs.DC]. Université Paris Saclay (COmUE), 2019. English. ⟨NNT : 2019SACLV088⟩. ⟨tel-02614318⟩