ISC 2018 - Juwelen in Jülich

Der modulare Supercomputer Juwels

| Redakteur: Ulrike Ostler

Das erste Modul von „Juwels“ in der Rechnerhalle des JSC: Das Cluster-Modul erreichte bei ersten Testläufen mit dem LINPACK-Benchmark eine Rechengeschwindigkeit von 6,2 Petaflops.
Das erste Modul von „Juwels“ in der Rechnerhalle des JSC: Das Cluster-Modul erreichte bei ersten Testläufen mit dem LINPACK-Benchmark eine Rechengeschwindigkeit von 6,2 Petaflops. (Bild: Forschungszentrum Juelich GmbH/ R.-U. Limbach)

In diesen Tagen geht am Jülicher Supercomputing Centre (JSC) der aktuell höchstplatzierte deutsche Superrechner auf der Top-500-Liste an den Start: „Juwels“. Das erste Modul von kommt auf eine theoretische Spitzenleistung von bis zu 12 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde, abgekürzt Petaflops, was in etwa der Rechenleistung von 60.000 PCs entspricht.

Bei der Rechenleistung liegen nach wie vor die USA und China vorne. Juwels, das Akronym steht für „Jülich Wizard for European Leadership Science“, kommt aktuell auf Platz 24 der weltweit schnellsten Computer, die die heute auf der Internationalen Supercomputer-Konferenz ISC vorgestellte Top-500-Liste ausweist. Dennoch kann sich die Entwicklung von Superrechner-Architekturen in Europa sehen lassen. Juwels ist ein deutsch-französisches Hochtechnologieprojekt und gilt als innovativ.

Denn der Jülicher Superrechner soll hochflexibel und modular sein, was auf ein erweitertes Aufgabenspektrum abzielt – von Big-Data-Anwendungen bis hin zu rechenaufwändigen Simulationen. Das System wird im Rahmen des von Bund und Sitzländern getragenen Gauß Centre for Supercomputing finanziert und eingesetzt (siehe Video: Aufbau des Superrechners Juwels in Zeitraffer)

Supercomputer helfen in der Forschung, komplexe Zusammenhänge zu erschließen, beispielsweise in der Klimaforschung oder der Neurowissenschaft. Aber auch in vielen anderen Bereichen finden sie immer häufiger Verwendung. Neben klassischen Anwendungen wie beispielsweise rechenintensiven Simulationen in Ingenieurwissenschaften, Physik oder Chemie werden Superrechner heute zunehmend für weitere Aufgaben eingesetzt, bei denen es etwa um die Auswertung großer Datenmengen oder um maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz (KI) geht.

Professor Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre, saht: „Einen Rechner wie Juwels bekommt man nicht von der Stange. Aber als eines der größten deutschen Forschungszentren sind wir in der Lage, die Entwicklung der nächsten Generation der Superrechner zusammen mit unseren Partnern Atos aus Frankreich und Partec aus Deutschland selbst in die Hand zu nehmen. Das Modulare Supercomputing ist für uns der Schlüssel zu einer zukunftsträchtigen, bezahlbaren und Energie-effizienten Technologie, mit der sich insbesondere die kommenden Exascale-Systeme verwirklichen lassen.“

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14.07.17 - Rechenzentren aus vier europäischen Ländern haben sich zusammengeschlossen, um – erstmals auf europäischer Ebene – in einem gemeinsamen Verfahren neue, innovative Superrechner-Systeme zu erwerben. Außerdem geht die Entwicklung eines modularen Superrechner im Projekt „DEEP-EST“ in die nächste Runde. lesen

Das von Lippert erdachte anpassungsfähige Design – auch mit „Smart Exascale“ umschrieben – hat sich schon vor Jahren zu einem umfassenden europäischen Unternehmen entwickelt und wurde im EU-Forschungsprojekt DEEP in die Realität umgesetzt. Seit 2011 arbeiten Experten von 16 europäischen Partnern in den von Europa finanzierten DEEP-Projekten, die Estela Suarez vom JSC koordiniert.

Mit dem Superrechner „Jureca“ hat sich bereits im letzten Jahr ein erster modularer Supercomputer am JSC im produktiven Betrieb bewährt. Mit Juwels folgt nun ein weiteres, noch deutlich leistungsstärkeres modulares System.

Energie-effizienter als das Vorgängersystem

Dorian Krause, verantwortlicher Abteilungsleiter für Aufbau und Betrieb von Juwels am JSC, erläutert, was Modularität in diesem Zusammenhanf bedeutet: „Das modulare Konzept sieht einen Superrechner aus mehreren spezialisierten Bausteinen vor, die sich über die Software „Para Station“ der Münchner HPC-Firma Partec je nach Bedarf dynamisch und flexibel kombinieren lassen.“

Das im Frühjahr 2018 von der französischen IT-Firma Atos gemeinsam mit den Softwarespezialisten der deutschen Firma ParTec gelieferte Cluster-Modul ist mit den Intel-CPUs „Xeon 24-Core Skylake“ ausgestattet. Verbunden sind die Knoten mit einem Infiniband Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, dessen Komponenten für 100-Gigabit pro Sekunde (Gb/s) und 200 Gb/s von Mellanox stammen.

Das erste Modul von „Juwels“ in der Rechnerhalle des JSC: Das Cluster-Modul erreichte bei ersten Testläufen mit dem LINPACK-Benchmark eine Rechengeschwindigkeit von 6,2 Petaflops.
Das erste Modul von „Juwels“ in der Rechnerhalle des JSC: Das Cluster-Modul erreichte bei ersten Testläufen mit dem LINPACK-Benchmark eine Rechengeschwindigkeit von 6,2 Petaflops. (Bild: Forschungszentrum Juelich GmbH/ R.-U. Limbach)

Als weitere Besonderheit wartet das Modul mit einer neuartigen, besonders energie-effizienten Warmwasserkühlung auf. Diese Form der Kühlung in der „Bull Sequana“-Architektur ist patentiert und skalierbar. Sie ermöglicht es, den Großteil der Abwärme mit heißem Wasser ohne zusätzliche Kälte-Erzeuger direkt mit der Außenluft abzukühlen. Damit ist bereits das erste Modul von Juwels Energie-effizienter als das Vorgängersystem „Juqueen“.

Das Modell für Exascale-Computer

Im nächsten Jahr soll ein Booster-Modul für massiv parallele Anwendungen hinzukommen, das die Rechenleistung von Juwels vervielfältigen wird. Der Booster wird mit einer großen Zahl sehr Energie-effizienter Rechenkerne bestückt.

100mal effizienter bei 1018 Operationen pro Sekunde

Supercomputing neu gedacht

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08.07.16 - Die Idee hinter „DEEP“ ist so einfach wie genial. Das Akronym steht für „Dynamical Exascale Entry Platform“. Das ist ist ein europäisches Supercomputing-Projekt unter der Leitung des Forschungszentrums Jülich. Es kombiniert intelligent und flexibel traditionelle Cluster mit einem „Booster“, einem Cluster von Beschleunigern, in einem einzigen Rechner. lesen

Bernhard Frohwitter, CEO von Partec und Patentanwalt, erläutert: „Der Booster funktioniert so ähnlich wie ein Turbolader: Komplexe Teile des Codes, die sich nicht effizient auf einer großen Zahl von Prozessoren berechnen lassen, werden auf dem Cluster ausgeführt. Programmteile, die parallel mit höchster Effizienz bearbeitet werden können, lassen sich mit Hilfe unserer Software Para Station dynamisch auf das Booster-Modul auslagern.“ Mithilfe der Technik lasse sich jedes Programmteil in Zukunft auf dem dafür am besten geeigneten Modul ausführen. „Innovation im Supercomputing kommt heute aus Europa“, schließt Frohwitter an.

Der neue Rechner ist bei europäischen Forschern schon jetzt hochbegehrt. 87 Projekte wurden bereits vergeben. Für die nächsten Monate ist er komplett ausgebucht.

Das System wird unter anderem für Simulationen insbesondere in der Hirnforschung, wo Jülich die wissenschaftliche Leitung des europäischen Human Brain Projektes wahrnimmt, in der Entwicklung neuer Medikamente und im Design zukünftiger Materialien verwendet. Wissenschaftler im Bereich der Erdsystemforschung nutzen das System für die Entwicklung von hochauflösenden Klimamodellen der nächsten Generation. Viele weitere Anwendungen stammen aus den Ingenieurswissenschaften, den Lebenswissenschaften, der Sicherheitsforschung sowie der Astronomie, Physik oder Chemie.

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