[論文レビュー] INAF Trieste Astronomical Observatory Information Technology Framework

Sara Bertocco, David Goz+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2019

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 2被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、イタリア国立天文学研究所（INAF）トリエステ天文台が統合的に提供するハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）、HTC、クラウドインフラストラクチャ—HOTCATおよびCloudCAT—を提示している。これらはエクサスケールコンピューティング研究、EOSC統合、LOFAR やEuclid といった主要な天文学的プロジェクトを支援する。このフレームワークは、IVOA標準に準拠した相互運用性のあるバーチャルオブザーバトリ（VO）サービスを通じて、高度なデータリダクション、シミュレーションを可能にし、欧州研究基盤における分散コンピューティング、エクサスケールプロトタイピング、科学的データ処理の分野で重要な貢献を果たしている。

ABSTRACT

INAF Trieste Astronomical Observatory (OATs) has a long tradition in information technology applied to Astronomical and Astrophysical use cases, particularly for what regards computing for data reduction, analysis and simulations; data and archives management; space missions data processing; design and software development for ground-based instruments. The ensemble of these activities, in the last years, pushed the need to acquire new computing resources and technologies and to deep competences in theirs management. In this paper we describe INAF-OATs computing centre technological stuff, our involvement in different EU Projects both in the path of building of EOSC, the European Open Science Cloud; in the design and prototyping of new Exascale supercomputers in Europe and the main research activities carried on using our computing centre.

研究の動機と目的

• イタリア国立天文学研究所（INAF）トリエステ天文台における天文学的データ処理およびシミュレーションのためのスケーラブルかつ相互運用性のあるITインfrastrucutureを構築すること。
• ExaNeSt や EuroExa といったEUプロジェクトへの参加を通じて、欧州のエクサスケールスーパーコンピュータシステムの開発と統合を支援すること。
• IVOA準拠のバーチャルオブザーバトリ（VO）サービスを通じて、欧州研究基盤間のシームレスなデータアクセスと相互運用性を実現すること。
• ESCAPEプロジェクトを通じて、ESFRIプロジェクトをヨーロッパオープンサイエンスクラウド（EOSC）に統合するための実証環境を提供すること。
• LOFAR や Euclid といった大規模な天体物理学的シミュレーションおよびデータ集積型ミッションを、専用のHPCおよびクラウドリソースで支援すること。

提案手法

• PBSジョブスケジューラーとBeeGFS並列ファイルシステム、Infiniband接続を備えたHOTCAT（HPC）クラスタの導入。低遅延・高スループットワークロードに最適化。
• OpenStackベースのクラウドインfrastrucutureであるCloudCATの実装。Swiftオブジェクトストレージ、天文学ソフトウェア用に事前設定済みのVMイメージ、リモートデスクトップアクセスをサポート。
• ESCAPE、ExaNeSt、EuroExa といったEU補助プロジェクトへの参加。エクサスケールシステムのプロトタイピングと、IVOA標準をEOSCエコシステムに統合することを目的。
• IVOA準拠のVOサービスの開発および展開。国際プラットフォーム（CANFARなど）間での連携的で相互運用性のあるデータアクセスを可能に。
• コンテナ化されたVO対応アプリケーションの実証と、ESFRI準拠の科学データプラットフォームをEOSCに統合するための計算センターとしての実験的活用。
• HOTCATクラスタ上で200万コアアワーを活用した大規模な宇宙論的シミュレーション。再電離期から低赤方偏移までの宇宙の進化をモデル化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HPC、HTC、クラウドリソースを統合した分散型ハイブリッドITインfrastrucutureが、シミュレーションやデータ集積分析を含む多様な天文学的ワークロードを最適にサポートする方法は何か？
• RQ2 欧州研究基盤に統合される国内および国際的な天文学的データインfrastrucutureを統合するにあたり、必要なアーキテクチャ的基準および相互運用性基準は何か？
• RQ3 次世代天体物理学ミッション（SKA や Euclid）の計算要件を満たすために、エクサスケールコンピューティングプロトタイプを設計・テストする方法は何か？
• RQ4 地域計算センターは、エクサスケールに至らないHPCシステムを用いて、大規模かつ数年にわたる宇宙論的シミュレーションを実現するために果たす役割は何か？
• RQ5 IVOA標準に基づくバーチャルオブザーバトリ（VO）サービスをコンテナ化し、ハイブリッドクラウド環境に統合する方法は何か？

主な発見

• HOTCATクラスタは1,400コアのCPU、8.5TBのRAM、500TBのBeeGFSストレージを備え、2GB/sのスループットを達成。Infiniband接続により1マイクロ秒の遅延を実現。
• CloudCATクラスタは200コアのCPU、Swiftを介した1.6PBのオブジェクトストレージを提供。中規模ワークロード向けにCHIPPパイロットプロジェクトを通じて1,200コアの処理能力を有する。
• INAF-OATはExaNeStおよびEuroExaへの参加を通じて、エクサスケールシステムの設計およびプロトタイピングに貢献。欧州エクサスケールコンピューティングのための統合型インターコネクトおよびラックアーキテクチャを前進。
• ESCAPEプロジェクトの実証環境として機能。IVOA準拠のVOサービスをEOSCハイブリッドクラウド環境に成功裏に統合し、VO対応アプリケーションのコンテナ化を検証。
• HOTCATクラスタ上で200万コアアワー以上が宇宙論的シミュレーションに使用され、赤方偏移にわたる宇宙の進化をモデル化する長期にわたるキャンペーンを可能に。
• LOFARのデータ処理やEuclid科学地上セグメントの支援を通じ、国内および国際的なデータインfrastrucutureの取り組みを調整。SKA時代のデータ課題に備えた準備を進める。