SmartSim: 赋能高性能计算工作流的机器学习基础设施

SmartSim:赋能高性能计算的机器学习基础设施

在当今数据驱动的科学研究中,如何将机器学习技术与传统的高性能计算(HPC)工作流程无缝集成,已成为一个关键挑战。为了解决这一问题,CrayLabs开发了SmartSim - 一个创新的开源基础设施库,旨在让科学家们能够轻松地在HPC工作负载中利用机器学习的强大功能。

SmartSim的核心功能

SmartSim提供了以下几个关键功能来实现其目标:

自动化部署HPC工作负载和分布式内存存储(Redis)
使TensorFlow、PyTorch和ONNX可从Fortran、C和C++仿真中直接调用
提供灵活的数据通信和格式,支持分层数据的在线分析、可视化和处理

这些功能的组合使SmartSim成为连接传统HPC仿真与现代机器学习技术的强大桥梁。

SmartSim的架构设计

SmartSim由两个核心组件构成:

SmartSim基础设施库(IL)
SmartRedis客户端库

这两个库可以结合使用,也可以根据用户需求单独使用。

SmartSim基础设施库(IL)

SmartSim IL提供了一个API,用于自动化部署HPC工作负载和内存数据库Redis。其主要特性包括:

从Python或Jupyter notebook启动、监控和停止HPC作业的API
支持常见的HPC调度程序(如Slurm、LSF、PBSPro)和工作负载管理器
灵活的运行时配置选项

SmartSim Architecture

SmartRedis客户端库

SmartRedis是一个多语言客户端库,支持Fortran、C、C++和Python。它实现了RedisAI API,并添加了特定于科学工作流的扩展。SmartRedis使得不同语言的应用程序可以无缝地与内存数据库进行交互。

SmartSim的应用场景

SmartSim为科学家们提供了多种与仿真数据交互的方式:

在仿真中嵌入对机器学习模型的调用
创建钩子以手动或程序化地控制仿真
从Jupyter notebook可视化仿真的进程

这种灵活性使得SmartSim能够适应各种科学计算场景。

快速入门SmartSim

要开始使用SmartSim,您可以按照以下步骤操作:

安装SmartSim:

pip install smartsim

创建一个简单的实验:

from smartsim import Experiment

exp = Experiment("hello_world", launcher="local")
settings = exp.create_run_settings("echo", exe_args="Hello World!")
model = exp.create_model("hello_world", settings)

exp.start(model, block=True)
print(exp.get_status(model))

运行更复杂的工作流,如在线分析或机器学习推理

SmartSim提供了丰富的教程和示例,帮助用户快速上手并深入了解其功能。

SmartSim的优势

跨语言兼容性: 支持Fortran、C、C++和Python,满足不同背景科学家的需求。
灵活的部署选项: 可在本地工作站、单个计算节点或大规模HPC集群上运行。
实时数据处理: 支持仿真数据的在线分析、可视化和机器学习推理。
开源生态: 作为开源项目,SmartSim得到了社区的持续改进和支持。

结语

SmartSim为科学计算领域带来了革命性的变化,它使得在传统HPC工作流中集成先进的机器学习技术变得前所未有的简单。无论您是研究气候模型、材料科学还是计算流体动力学,SmartSim都能为您的工作提供强大的支持。随着科学计算和人工智能的不断融合,SmartSim无疑将在推动科学发现和技术创新方面发挥越来越重要的作用。

如果您对SmartSim感兴趣,欢迎访问SmartSim GitHub仓库了解更多信息,或加入Slack社区与其他用户和开发者交流。让我们一起探索SmartSim带来的无限可能!