Cornell usa computação de alto desempenho para acelerar a pesquisa e ampliar o acesso a softwares

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1 Portfólio de produtos Microsoft para servidores Estudo de caso de solução do cliente Cornell usa computação de alto desempenho para acelerar a pesquisa e ampliar o acesso a softwares Visão geral País ou região: Estados Unidos Setor: Educação Perfil do cliente A Cornell University, uma das maiores instituições de pesquisa do mundo, tem aproximadamente alunos em seus campus de Ithaca, Nova York, representando cada estado dos Estados Unidos e 120 países. Situação da empresa Os pesquisadores da Cornell precisavam de uma maneira de gerenciar a imensa quantidade de dados que estava se acumulando em diversas áreas, como engenharia de combustão e ciências naturais. Solução A Cornell atualizou plataformas de computação de alto desempenho (HPC) para clusters com base no Windows HPC Server 2008 e hardware da Dell. Benefícios Permitiu aos pesquisadores se concentrar no trabalho, e não na tecnologia. Possibilitou amplo uso de software comercial e personalizado Reduziu tempo e custo na administração de HPC Os pesquisadores podem se concentrar em suas pesquisas graças ao Windows HPC Server. Você não quer que a plataforma seja o centro das atenções. Dr. Steven R. Lantz, pesquisador sênior, Centro de computação avançada da Cornell University Uma das maiores instituições de pesquisa do mundo, a Cornell University utiliza a computação de alto desempenho desde a época em que esse termo se referia a computadores mainframe. Há mais de 10 anos, a Cornell foi uma das pioneiras no uso de clusters de PCs. Hoje, a necessidade de potência é complementada pela necessidade de gerenciar uma grande quantidade de dados em tempo real. Para dar aos pesquisadores da Cornell e de instituições do mundo todo acesso à plataforma de melhor custo-benefício para uma computação de alto desempenho, o Centro de computação avançada da Cornell migrou várias instalações para o Windows HPC Server O resultado é que os pesquisadores produzem mais porque podem se concentrar em sua pesquisa sem se preocupar com a tecnologia; os pesquisadores têm acesso a uma variedade maior de aplicativos comerciais e personalizados; e a plataforma de computação é fácil de administrar e de usar.

2 Quando você chega [a um laboratório comum], vê um computador desligado em um canto com um aviso colado na tela dizendo: Não toque neste computador este mês. Dr. Jaroslaw Pillardy, Diretor, Unidade de serviços de biologia computacional, Cornell University Situação Quanto mais os cientistas aprendem, mais querem aprender. Essa sede de conhecimento aumenta a demanda deles em relação às ferramentas, especialmente aos sistemas que eles usam para ajudá-los a aumentar esse conhecimento. Na Cornell University, renomada instituição de pesquisa acadêmica, esse dilema fica evidente no portfólio de pesquisa anual de cerca de US$ 650 milhões da universidade. Por exemplo, o Dr. Stephen Pope, professor de engenharia mecânica, é um pioneiro no campo de simulação de combustão turbulenta, pesquisa essencial para o esforço de produzir sistemas de combustão mais limpos e mais eficientes para fabricação, geração de energia e transporte. Os procedimentos típicos de design e desenvolvimento de sistemas de combustão turbulenta envolvem testes experimentais, um processo extremamente caro e demorado. Para alguns aplicativos espaciais, as condições apropriadas não podem ser atingidas a um custo razoável nos testes de solo, diz Pope. Por isso, modelos computacionais confiáveis e eficientes estão em constante desenvolvimento para aumentar o desempenho dos combustores e reduzir os custos de desenvolvimento e o tempo de design. Modelos de computador estão sendo usados no design de combustores, mas melhoras substanciais são necessárias em sua precisão, confiabilidade e eficiência computacional. O trabalho de Pope envolve o teste de muitos algoritmos em um processo repetitivo que pode durar dias ou semanas usando um sistema de PC convencional. Então, o foco dessa pesquisa foi criar ferramentas de engenharia fáceis de usar para prever de maneira mais precisa o comportamento de um determinado design de combustão. Por exemplo, ele e sua equipe estão interessados em usar o ANSYS FLUENT, o melhor aplicativo comercial de dinâmica computacional fluida, como ponto inicial para cálculos detalhados de chama. No que pode ser considerada a outra extremidade do espectro da pesquisa, Dr. Jaroslaw Pillardy, diretor da unidade de serviços de biologia computacional (CBSU) da Cornell, está interessado em ajudar os pesquisadores a compilar e analisar a quantidade igualmente grande de dados necessária para descobertas nas ciências naturais descobertas como mapeamento de genomas e previsão da estrutura das proteínas. Aqui, como no campo dos sistemas de combustão, o ritmo das descobertas aumentou, com novas informações se multiplicando a taxas exponenciais e os cientistas enfrentando desafios cada vez maiores para gerenciar e entender seus dados. Para ajudar a vencer esses desafios, Pillardy tem desenvolvido uma série de ferramentas de bioinformática poderosas e fáceis de usar que podem ser acessadas remotamente pela web ou baixadas para uso local em laboratórios. Facilidade de uso e potência são atributos igualmente importantes nessas ferramentas, de acordo com Pillardy. Ele diz que, sem isso, os pesquisadores enfrentam obstáculos significativos. Por exemplo, Pillardy descreve uma situação típica em que um pesquisador encontra o aplicativo de que precisa, gasta muito tempo para aprender a usá-lo e depois tem que esperar semanas para realizar uma única tarefa: Quando você chega ao laboratório, vê um computador desligado em um canto com um aviso colado na tela dizendo: Não toque neste computador este mês. Pillardy também conta que é muito frequente ver pesquisadores e alunos de biologia gastar tempo e energia preciosos aprendendo ciência da computação. Eles deveriam estar focados na sua pesquisa, não em aprender a usar sistemas de computação, afirma. Solução A Cornell tem pesquisado e fornecido soluções de computação de alto desempenho (HPC) para resolver essa e outras questões, como física de plasma e visualização de alta definição, há mais de 20 anos. Seu centro de computação de alto desempenho foi fundado com essa finalidade

3 O desafio é gerenciar muitos dados, problemas com muitos terabytes de data e conseguir armazenar, acessar e mover essa quantidade de informações rápido o suficiente. Dr. Steven R. Lantz, pesquisador sênior, Centro de computação avançada, Cornell University em 1985, utilizando os supercomputadores da época: computadores mainframe paralelos. História da computação em cluster na Cornell Em 1997, o centro se tornou pioneiro na exploração de uma nova plataforma para supercomputação: hardware e software de PC de baixo custo da Dell, Intel e Microsoft. Esses PCs eram usados para a computação em cluster, em que um grupo de computadores oferece muito mais capacidade computacional do que poderia ser obtido de sistemas de uma única máquina uma geração atrás. O trabalho mais recente da universidade com a computação em cluster teve como base o sistema operacional Windows NT Server 4.0; o último utilizou como base o sistema operacional Windows HPC Server 2008, a solução de computação de alto desempenho da Microsoft e sucessor do Windows Compute Cluster Server A transição para o Windows HPC Server foi facilitada pelo software, pelo suporte e pela experiência do Microsoft Research. À medida que a tecnologia da universidade mudou, sua maneira de analisar essa tecnologia também mudou. No passado, nosso objetivo era oferecer potência na computação, diz o Dr. Steven R. Lantz, pesquisador sênior do Centro de computação avançada (CAC), dedicado à computação de grande escala na Cornell. Hoje, o desafio é gerenciar uma grande quantidade de dados, problemas com muitos terabytes de dados e conseguir armazenar, acessar e mover essa quantidade de informações com rapidez. Isso exigiu a expansão e a otimização de nosso trabalho com a computação em cluster. Computação em cluster aplicada à pesquisa da combustão Para a pesquisa de Pope sobre combustão turbulenta, o CAC armazena e gerencia um cluster no Windows HPC Server. O cluster Dell PowerEdge 1950 consiste em 36 computadores Xeon de 3- GHz, processador duplo e núcleo duplo, com 8GB de RAM cada, totalizando 144 núcleos. Quase todos os núcleos 140 estão disponíveis para computações paralelas; os outros 4 núcleos são dedicados ao gerenciamento de clusters na interconexão de alto desempenho QLogic SDR 4x InfiniBand. O sistema é atendido por 2 servidores Dell PowerEdge 2950 para suportar a rede interativa e 2 terabytes de armazenamento de arquivos RAID. Além do software front-end ANSYS já mencionado, a pesquisa de Pope exige o uso de uma variedade de softwares comerciais, incluindo o Tecplot 360 para visualização, e a linguagem de computação técnica MATLAB da MathWorks para criar os algoritmos que são usados nas simulações de combustão de grande escala. Os pesquisadores também criam software personalizado para as simulações usando o sistema de desenvolvimento Microsoft Visual Studio 2008 principalmente os recursos de computação de alto desempenho desse sistema, como o depurador paralelo juntamente com o Process Explorer, que permite ver os estados ativos de seus processos à medida que eles são executados. Além do acesso direto ao cluster por meio da rede local da universidade, Pope e seus colegas podem acessar o cluster remotamente usando a Área de Trabalho Remota do Windows. Computação em cluster aplicada à pesquisa de ciências naturais Para atender às necessidades de alto desempenho dos pesquisadores nas ciências naturais, Pillardy e seus colegas da CBSU criaram o BioHPC, um conjunto de aplicativos de bioinformática que cobre todas as principais áreas da biologia computacional, incluindo genética da população, análise de sequência e data mining e previsão da estrutura das proteínas. Para oferecer o desempenho que os pesquisadores de ciências naturais exigem, os aplicativos 35 por enquanto operam em um cluster de computadores com o Windows HPC Server 2008 (o BioHPC foi originalmente utilizado no Windows Compute Cluster 2003). O cluster, separado do usado pelo CAC para a

4 O trabalho pode ser realizado com maior eficiência e produtividade. Conseguimos as informações necessárias para avançar nossa pesquisa. Dr. Stephen Pope, professor de engenharia mecânica, Cornell University pesquisa sobre combustão, consiste em um total de 92 nós com 376 núcleos, que são em parte servidores Dell PowerEdge de 1U e em parte servidores blade Dell PowerEdge M600. Como Pillardy e seus colegas desejam que o BioHPC seja o mais usado possível pela comunidade de pesquisa, eles o tornaram acessível principalmente pela web, por meio de uma interface escrita em Microsoft ASP.NET. Como o BioHPC foi desenvolvido pela primeira vez em 2003, ele processou cerca de tarefas de processamento de dados computacionalmente intensivas enviadas por mais de pesquisadores de 80 países. Quatro universidades estão trabalhando com a CBSU para configurar instalações locais do BioHPC usando uma versão para download de fonte aberta do software, e Pillardy espera que três ou mais instituições configurem suas próprias instalações a cada ano. Benefícios Os pesquisadores da Cornell que usam o Windows HPC Server 2008 agora podem focar mais na pesquisa do que na tecnologia que oferece suporte à pesquisa. Eles também têm uma variedade maior de aplicativos de terceiros para usar e podem criar com mais facilidade aplicativos personalizados. Além disso, a administração dessa plataforma é mais fácil e econômica. Forneceu aos pesquisadores a capacidade de focar no trabalho, não na tecnologia Pope, Lantz e Pillardy concordam que a combinação exclusiva da facilidade de trabalho com o Windows e a computação de alto desempenho viabilizada pelo Windows HPC Server 2008 acelera a pesquisa tornando os pesquisadores mais produtivos. A Microsoft é a plataforma que escolhemos para a computação de alto desempenho das ciências naturais, diz Pillardy. Ela fornece acesso a aplicativos complicados de maneira fácil e familiar, porque é Windows. Temos os recursos de hardware para sua execução. E os recursos de integração que são o principal recurso do Windows facilitam a adição de novos aplicativos. Nós gostamos dela; nós a conhecemos. O resultado é que os pesquisadores podem focar na pesquisa graças ao Windows HPC Server, acrescenta Lantz. Você não quer que a plataforma seja o centro da atenção. É importante para alunos universitários, por exemplo, que fazem pesquisas, aulas e outras atividades. Eles não têm tempo a perder, e o Windows HPC Server não desperdiça seu tempo. Os pesquisadores também mencionam como o Windows HPC Server, como o resto da família Windows, torna os aplicativos altamente acessíveis. Por exemplo, a capacidade de usar a Área de Trabalho Remota do Windows significa que os pesquisadores não precisam estar no laboratório para acessar dados e aplicativos eles podem trabalhar de casa, de conferências ou de outros locais. Isso significa que eles podem trabalhar quando e como desejam, fora das horas normais de trabalho. O trabalho pode ser realizado com mais eficiência e maior produtividade, diz Pope. Conseguimos as informações necessárias para avançar nossa pesquisa. Permitiu o amplo uso de software comercial e personalizado Os pesquisadores estão usando o Windows HPC Server para executar qualquer aplicativo comercial e personalizado que desejarem. Existem relações fortes entre a Microsoft e as empresas de software cujas ferramentas precisamos usar, como ANSYS FLUENT, Tecplot 360 e MathWorks MATLAB, diz Lantz. Isso se traduz em softwares que se integram e nos permitem fazer nosso trabalho. Os pesquisadores elogiam o Visual Studio na criação de aplicativos personalizados. Não há nada igual ao Visual Studio no mundo do Linux, diz Pillardy. É um ambiente extremamente rico com ferramentas potentes, como o depurador

5 Para mais informações Para obter mais informações sobre produtos e serviços da Microsoft, ligue para a Central de Atendimento Microsoft no Para acessar informações na internet, acesse: Para obter mais informações sobre a Cornell University, ligue para +1 (607) ou acesse paralelo e a Ajuda sensível ao contexto, que tornam o desenvolvimento mais rápido e melhor. E os pesquisadores e desenvolvedores que conhecem o Visual Studio do mundo mais tradicional do Windows podem colocar seu conhecimento em uso imediatamente para criar aplicativos para computação de alto desempenho. Até o software de banco de dados tem mais ferramentas do que os outros ambientes. Pillardy observa que a capacidade de criar rapidamente aplicativos de computação de alto desempenho para o Windows HPC Server faz mais do que tornar os pesquisadores mais produtivos; também muda a maneira como os pesquisadores operam. Por exemplo, Pillardy menciona o processo de contratação. Quando contratamos, podemos procurar especialistas no assunto em vez de especialistas em tecnologia, ele diz. Você pode pegar o especialista no assunto e ensinar facilmente a ele como usar o Windows. Você não tem que se preocupar se ele conhece o Windows. Isso lhe dá mais flexibilidade para contratar as melhores pessoas possíveis. Portfólio de produtos Microsoft para Servidores Para obter mais informações sobre o portfólio de produtos Microsoft para servidores acesse: Reduziu o tempo e o custo de administração de HPC O CAC gerencia seu cluster Windows HPC Server usando as mesmas ferramentas de gerenciamento do Windows que usa para gerenciar suas outras instalações baseadas no Windows, reduzindo ainda mais o tempo e a despesa envolvidos no suporte do cluster de computação de alto desempenho. Usamos os mesmos serviços de implantação do Windows que usamos em outros lugares, diz Dr. David Lifka, diretor do CAC. É uma grande economia de tempo quando queremos colocar um novo hardware online. Software e serviços Portfólio de produtos do Microsoft Server Windows HPC Server 2008 Microsoft Visual Studio Microsoft Visual Studio 2008 Hardware Servidores Dell PowerEdge Interconexão QLogic SDR 4x InfiniBand Este estudo de caso tem apenas fim informativo. A MICROSOFT NÃO OFERECE GARANTIAS, EXPRESSAS OU IMPLÍCITAS, NESTE RESUMO. Documento publicado em junho de 2009

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