《Microprocessors and Microsystems》：The TEXTAROSSA project: Cool all the Way Down to the Hardware
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TEXTAROSSA项目旨在通过先进冷却技术、异构加速器无缝集成和新型算术方法解决超算技术差距，提升能效与性能，由欧洲17家机构合作，基于前期项目成果，已取得商业化应用案例。
安东尼奥·菲尔格拉拉斯（Antonio Filgueras）|乔瓦尼·阿戈斯塔（Giovanni Agosta）|马可·阿尔迪努奇（Marco Aldinucci）|卡洛斯·阿尔瓦雷斯（Carlos álvarez）|帕斯夸·丹布拉（Pasqua D’Ambra）|马西莫·贝尔纳斯基（Massimo Bernaschi）|安德烈亚·比亚焦尼（Andrea Biagioni）|达尼埃莱·卡塔内奥（Daniele Cattaneo）|亚历山德罗·切莱斯蒂尼（Alessandro Celestini）|马西莫·切利诺（Massimo Celino）|卡洛塔·基亚里尼（Carlotta Chiarini）|弗朗切斯卡·洛·奇切罗（Francesca Lo Cicero）|保罗·克雷塔罗（Paolo Cretaro）|威廉·福尔纳恰里（William Fornaciari）|奥托里诺·弗雷扎（Ottorino Frezza）|安德烈亚·加利姆贝蒂（Andrea Galimberti）|弗朗切斯科·贾科米尼（Francesco Giacomini）|胡安·米格尔·德·阿罗·鲁伊斯（Juan Miguel de Haro Ruiz）|弗朗切斯科·雅诺内（Francesco Iannone）|丹尼尔·雅施克（Daniel Jaschke）|朱塞佩·祖莫（Giuseppe Zummo）
西班牙加泰罗尼亚理工大学（Universitat Politècnica de Catalunya）
摘要
TEXTAROSSA项目旨在弥合当前百亿亿次计算系统所面临的技术差距，并在不久的将来成为克服性能和能效挑战的关键。该项目通过使用先进的冷却和热控制技术、在高性能计算（HPC）多节点平台中无缝集成异构加速器，以及为异构硬件平台定制新的算术方法，提供提高能效的解决方案。通过采用协同设计方法来解决异构HPC系统的挑战，该方法得到了来自欧洲研究的硬件和软件IP、编程模型及工具的支持。
引言
高性能计算（HPC）技术对于支持计算流体动力学、天气预报、生物信息学和人工智能（AI）等多个领域至关重要。随着人工智能领域HPC的快速发展，HPC基础设施的设计趋势正逐渐转向异构硬件架构，以满足更高的性能需求并提高能效，从而实现“绿色HPC”。我们采用整体方法来解决在功耗和能源限制内提升性能的挑战，同时考虑HPC硬件/软件栈中的多个因素。这包括分析和重新设计应用程序以使用更高效的可重构专用加速器、开发这些加速器、管理资源、设计底层基础设施以及对其进行冷却和管理。通过关注整个硬件/软件栈，高级软件组件可以影响硬件和基础设施的设计，而基础设施也可以影响应用程序设计，以实现能效和性能目标。TEXTAROSSA是一个为期三年的项目，由欧洲高性能计算（EuroHPC）联合体共同资助。该项目由意大利ENEA领导，汇集了17个欧洲合作伙伴，包括：CINI（由米兰理工大学、都灵大学和比萨大学组成的意大利联盟）、Fraunhofer（德国）、INRIA（法国）、ATOS（法国）、BSC（西班牙）、PCSS（波兰）、INFN（意大利）、In Quattro（意大利）、波尔多大学（法国）、CINECA（意大利）和加泰罗尼亚理工大学（西班牙）。这三所意大利大学隶属于2021年成立的CINI实验室，该实验室汇集了意大利高性能和百亿亿次计算领域的主要学术和研究机构。CINI还负责该项目的技术领导工作。该项目建立在先前项目（RECIPE [1]、AXIOM [2]、LEGaTO [3]、EuroEXA [4]、EPEEC [5]、INTERTWinE [6]、EXA2PRO [7]、ExaNoDe [8]、ExaNeSt [9]、MANGO [10]、ANTAREX [11]、ASPIDE [12]、VECMA [13] 和 COMPAT [14]）的基础上。这些项目为后续工具和技术的开发奠定了基础。
有关TEXTAROSSA项目执行期间开展的活动详情，请参见项目网站。本文结构如下：第2节描述了项目中设计的硬件平台；第3节介绍了项目对硬件/软件栈的贡献；第4节评估了不同用例下的成果；第5节总结了项目结论。
部分内容摘录
硬件平台
在项目期间，我们开发了两个名为集成开发平台（IDVs）的实验性硬件平台。这两个原型分别称为IDV-A和IDV-E，均采用了市面上可购买的组件，其详细信息分别见于第2.1节和第2.2节。这两个平台都采用了第3.1节中描述的项目定制的两相冷却技术。尽管这两个平台使用了现成的组件并遵循了OpenSequana等标准，
蒸发冷却和热管理
当前HPC平台的可用性、成本和性能受到热设计的限制，因此需要通过运行时的热建模和控制策略来优化散热方案，以确保系统的可靠和高效运行[18],[19]。在散热改进方面，InQuattro开发并申请了一项基于两相机械泵送循环的创新热管理专利。该方案利用沸腾流体进行热传递以更有效地冷却电子设备。
多节点FPGA支持
我们使用n-body仿真应用程序来评估OmpSs@FPGA多节点任务编程模型、任务调度IP和APEIRON通信基础设施。我们使用IDV-E平台以及Meep机器来运行此基准测试，以进一步评估所提出解决方案的可扩展性。对于所有FPGA系统，功率测量是通过CMS子系统[58]进行的，该系统查询FPGA板的电源分配组件以获取FPGA的总功耗。
结论
该项目是各合作伙伴成功合作的典范，其许多成果有望在其他研究领域和工业应用中得到进一步利用。值得注意的是，截至2024年3月，一种采用蒸发冷却技术且由E4公司制造叶片的商业计算系统已成功安装在都灵大学主办的计算中心内。这种冷却技术的影响已经得到了验证。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本项目得到了(EuroHPC) TEXTAROSSA项目（项目编号G.A. n.956831）、西班牙政府（资助编号PCI2021-121964 - TEXTAROSSA、CEX2021-001148-S）、研究项目ST4HPC（PID2023-147979NB-C21）（由MICIU/AEI/10.13039/501100011033资助）、欧盟FEDER、加泰罗尼亚政府（资助编号2021 SGR 01007）以及巴塞罗那Zettascale实验室的支持，后者得到了数字化转型和公共服务部的支持。
安东尼奥·菲尔格拉拉斯于2012年毕业于加泰罗尼亚理工大学（UPC），目前是UPC计算机架构系的博士生，主要在BSC的编程模型小组中从事OmpSs@FPGA团队的工作，专注于高性能计算中可重构系统的编程模型研究。他还参与了AXIOM、Legato、EuroEXA、MEEP、Textarossa等欧洲项目的研究工作。
