Europa probeert niet alleen eigen proces­sors te ontwik­kelen, maar wil rond die chips ook complete cloud­in­fra­struc­turen bouwen. Het Europese OpenCUBE-project heeft daarin een nieuwe stap gezet. Een eerste Seine Server van SiPearl, uitge­rust met de Europese Rhea1-processor, is afgele­verd bij het onder­zoeks­cen­trum van HPE in Grenoble. Daar wordt de server onder­deel van een pilotom­ge­ving waarin een groten­deels Europese hardware- en softwa­restack voor cloud en HPC wordt getest.

OpenCUBE is een onder­zoeks­pro­ject binnen Horizon Europe dat begin 2023 van start ging. Het doel gaat verder dan het ontwik­kelen van afzon­der­lijke Europese techno­lo­gie­com­po­nenten. De deelne­mende organi­sa­ties willen aantonen dat met Europese proces­sors en een open-source softwa­restack een compleet cloud­plat­form kan worden samen­ge­steld dat vervol­gens op repro­du­ceer­bare wijze kan worden uitgerold.

Dat laatste is belang­rijk. Europa inves­teert al langere tijd in eigen proces­sors en andere infra­struc­tuur­tech­no­logie, maar een processor alleen levert nog geen bruik­baar cloud­plat­form op. Daarvoor zijn onder meer servers, netwerk­voor­zie­ningen, bestu­rings­soft­ware, compi­lers, manage­ment­soft­ware en program­meer­om­ge­vingen nodig. Boven­dien moeten al deze compo­nenten samen als één systeem kunnen functioneren.

Rhea1 naar HPE-lab

De nu geleverde server is SiPearls Seine Reference Server. Het systeem is speciaal ontwik­keld rond Rhea1, de eerste generatie high-perfor­mance proces­sors van het Franse SiPearl. Deze processor telt 80 Arm Neoverse V1-cores en beschikt onder andere over geïnte­greerd High Bandwidth Memory, DDR5-inter­faces en PCIe Gen5-connec­ti­vi­teit. Rhea1 is ontwik­keld voor HPC‑, AI- en datacenterworkloads.

SiPearl is voort­ge­komen uit het European Processor Initi­a­tive (EPI), waarmee Europa meer eigen kennis en techno­logie voor high-perfor­mance compu­ting wil ontwik­kelen. Hoewel het ontwerp Europees is, wordt Rhea1 overi­gens niet in Europa gepro­du­ceerd: de daadwer­ke­lijke fabri­cage vindt plaats bij TSMC in Taiwan.

Voor de levering aan HPE heeft SiPearl de Seine Server al in zijn eigen labora­toria getest. Daarbij is onder andere gekeken naar de integratie met HPE Slingshot, de Ethernet-gebaseerde netwerk­tech­no­logie van HPE voor data-inten­sieve HPC- en AI-workloads. Die tests worden nu voort­gezet binnen het OpenCUBE-pilot­sys­teem in Grenoble.

Daarmee verschuift het project feite­lijk van het testen van afzon­der­lijke bouwstenen naar het beproeven van een geïnte­greerde omgeving op echte hardware.

Arm en RISC‑V naast elkaar

Een interes­sant aspect van OpenCUBE is dat het project zich niet uitslui­tend op één proces­so­rar­chi­tec­tuur richt. Naast de Arm-gebaseerde Rhea1 van SiPearl speelt ook RISC‑V een rol. Het Spaanse Semidy­na­mics levert techno­logie op basis van zijn Atrevido RISC-V-process­or­kernen en werkt daarnaast aan software, libra­ries, ontwik­kel­tools en emulatietechnologie.

OpenCUBE onder­zoekt daarmee hoe verschil­lende proces­so­rar­chi­tec­turen binnen één hetero­gene datacen­ter­om­ge­ving kunnen samen­werken. KTH Royal Insti­tute of Techno­logy, dat het project coördi­neert, werkt onder andere aan middle­ware waarmee software over Arm SVE en RISC‑V RVV kan worden verdeeld. Ook hybride geheu­gen­sys­temen en schedu­lers voor gecom­bi­neerde HPC- en cloud­wor­kloads maken deel uit van het onderzoek.

Volgens project­co­ör­di­nator Ivy Peng van KTH maakt de instal­latie in Grenoble het voor het eerst mogelijk om een werkend ontwerp voor een volgende generatie cloudom­ge­ving op basis van Europese Arm- en RISC-V-techno­logie te demon­streren. Het onder­zoek richt zich daarbij nadruk­ke­lijk op prakti­sche inzet­baar­heid en niet alleen op theore­ti­sche prestaties.

Testen met echte toepassingen

Daarom worden binnen OpenCUBE ook concrete workloads gebruikt. Een belang­rijke rol is hierbij wegge­legd voor het European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF). Deze organi­satie gebruikt onder meer zijn Integrated Forecas­ting System als HPC-bench­mark en test cloud­ge­ba­seerde workflows voor meteo­ro­lo­gi­sche gegevens­ver­wer­king. Ook de FDB-objectstore van ECMWF wordt bij de experi­menten betrokken.

Daarnaast levert KTH toepas­singen rond ruimte­weer en genees­mid­de­len­on­der­zoek. Het idee is dat de Europese infra­struc­tuur niet alleen technisch moet functi­o­neren, maar ook moet aantonen dat zij zware weten­schap­pe­lijke en data-inten­sieve workloads aankan.

HPE draagt behalve zijn Slingshot-netwerk­tech­no­logie ook kennis rond systeem­be­heer, netwerk­be­vei­li­ging en compi­ler­tech­no­logie bij. Daarbij wordt onder meer gewerkt met OpenCHAMI, open-source software voor het beheren van HPC-systemen. De Techni­sche Univer­si­teit München richt zich binnen het project onder andere op program­meer­om­ge­vingen, tooling en middle­ware voor snelle netwerken.

Soevereiniteit gaat verder dan de cloudprovider

De ontwik­ke­ling is vooral interes­sant in het licht van de Europese discussie over digitale soeve­rei­ni­teit. Die discussie draait vaak om de vraag waar data worden opgeslagen, welke cloud­pro­vider wordt gebruikt en onder welke wetge­ving een aanbieder valt. OpenCUBE trekt het vraag­stuk verder naar beneden in de technologiestack.

Zelfs wanneer een cloudom­ge­ving met Europese software wordt beheerd en in een Europees datacenter staat, is de onder­lig­gende hardware doorgaans sterk afhan­ke­lijk van techno­logie van buiten Europa. Dat geldt met name voor proces­sors en accelerators.

OpenCUBE probeert die afhan­ke­lijk­heid gedeel­te­lijk te verkleinen door een infra­struc­tuur te ontwik­kelen waarin Europese proces­sor­tech­no­logie daadwer­ke­lijk als basis voor cloud- en HPC-diensten kan worden gebruikt. SiPearl-topman Philippe Notton stelt daarom dat een Europese soeve­reine cloud volgens hem uitein­de­lijk ook Europese proces­sors nodig heeft.

Daarbij is wel enige nuance nodig. Ook Rhea1 is geen volledig Europese keten. De processor maakt gebruik van de Arm-archi­tec­tuur en wordt door TSMC in Taiwan gepro­du­ceerd. Het project laat daarmee tegelij­ker­tijd zien hoe moeilijk het is om digitale soeve­rei­ni­teit als absolute onafhan­ke­lijk­heid te defini­ëren. Het Europese aandeel zit vooral in het ontwerp van de processor, de systeem­ar­chi­tec­tuur en een groeiend deel van de softwarestack.

Van Europese chip naar Europees platform

Juist daarom is de afleve­ring van één server in Grenoble relevanter dan het aantal systemen doet vermoeden. Europa heeft inmid­dels verschil­lende initi­a­tieven voor eigen proces­sors, cloud­tech­no­logie en open-source infra­struc­tuur. De volgende uitda­ging is om die losse onder­delen samen te voegen tot systemen die daadwer­ke­lijk kunnen worden ingezet.

OpenCUBE wil uitein­de­lijk een soort blauw­druk opleveren waarmee een cloud­plat­form op basis van Europese techno­logie opnieuw kan worden opgebouwd en uitge­rold. Daarbij staan naast presta­ties ook energie-effici­ëntie en het efficiënt program­meren van hetero­gene datacen­ters centraal. Het project wordt gefinan­cierd via Horizon Europe en sluit aan op het bredere European Processor Initiative.

De Seine Server in Grenoble vormt daarmee vooral een prakti­sche proef. De komende tests moeten duide­lijk maken hoe goed de Europese processor, netwerk­com­po­nenten, open-source software en verschil­lende program­meer­om­ge­vingen als één geheel functioneren.

Voor Europa is dat een belang­rijke volgende stap. Een eigen processor ontwerpen is één ding. Van zo’n processor een bruik­baar funda­ment maken voor cloud‑, AI- en HPC-infra­struc­tuur is een heel andere uitda­ging. Met OpenCUBE komt die tweede fase nu steeds nadruk­ke­lijker in beeld.