ISC 2016: Intel ein Schnippchen geschlagen

Der schnellste Computer rechnet auf CPUs aus China

| Redakteur: Ulrike Ostler

Supercomputer „Sunway TaihuLight“ des Supercomputing Center im chinesischen Wuxi, hängt mit chinesischen Prozessoren Intel-Rechner ab und wird neuer Spitzenreiter der Top 500.
Supercomputer „Sunway TaihuLight“ des Supercomputing Center im chinesischen Wuxi, hängt mit chinesischen Prozessoren Intel-Rechner ab und wird neuer Spitzenreiter der Top 500. (Bild: „The sunway TaihuLight Supercomputer, Systems an Applications von Fu HH, Liao J F, Ynag J Z et al)

Das „Wuxi Supercomputer Center“ in der Nähe von Shanghai hat mit „Sunway TaihuLight“ einen neuen Supercomputer: 93 Petaflops LINPACK (125 Petaflops Spitze), gebaut mit Prozessoren, made in China. Der Superrechner wird in folgenden Bereichen eingesetzt: CAE und CFD, dem Erstellen von Modellen zur Erforschung der Erde und der Wettervorhersage, Gesundheitswesen sowie Big-Data-Analysen.

Ursprünglich sollte das System “Tianhe-2” der erste Supercomputer in China sein, der die 100 Petaflops erreicht. Geplant war, diese Leistung über ein Aufrüsten durch die Intel-CPUs „Xeon Knights Landing“. Tatsächlich hatte es Grüchte gegeben, dass zur Kongressmesse „International Supercomputing“, die heute zuende geht, die neu herauskommende -Liste gleich zwei chinesische Supercomputer dieser Kategorie aufweisen könnte.

Der Many-Core-Prozessor SW26010, entwickelt vom Shanghai High Performance IC Design Center steckt im Sunway TaihuLight.
Der Many-Core-Prozessor SW26010, entwickelt vom Shanghai High Performance IC Design Center steckt im Sunway TaihuLight. (Bild: „The sunway TaihuLight Supercomputer, Systems an Applications von Fu HH, Liao J F, Ynag J Z et al)

Ohnehin führt China mit 167 Systemen die Liste an, die USA kommen auf 165 Rechenanlagen. Der schnellste Supercomputer aus Deutschland ist „Hazel Hen“, der im Höchstleistungszentrum HLRS bei Stuttgart betrieben wird. Die Anlage rutschte mit einer Leistung von 5,6 Petaflops im Vergleich zur vorherigen Liste vom achten auf den neunten Platz.

Nach Angaben des US-Mediums „HPC Wire“ scheiterten die Ambitionen für Tianhe-2, aktuell der zweitgrößete Supercomputer, an den US-Restriktionen zur Ausfuhr von Hochtechnologie an China – die Intel-Prozessoren konnten nicht rechtzeitig geliefert werden.

Intel darf nicht liefern

Diese Ausfuhrbestimmungen waren unter anderem der Grund, warum nun für Sunway in China entwickelte und produzierte Chips zum Einsatz kommen. Im April dieses Jahres, auf dem zwölften „Asian Connections Workshop“ in Wuhan hatte Professor Depei Qian, Professor an der Beihang-Universität gefordert: “HPC Technologie, die selber zu kontrollieren sei, und zwar als Lektion, die man aus den Embargo-Regularien lernen sollte.

Der neue Supercomputer Sunway TaihuLight bewältigt 93 Petaflops beziehungsweise eine theoretischen Spitzenlast von 125 Petaflops; weist also einen Effizienzgrad von 74,51 Prozent auf. Beim Lasttest wurden 165.120 Knoten genutzt und 1,2 Petabyte Memory , also 7,2 Terabyte Memory pro Rechenknoten. Der vollständige Test dauerte 3,7 Stunden, wobei durchschnittlich 15,37 Megawatt verbraucht wurden.

Damit liegt der Energie-Effizienzgrad bei 6 Gigaflops pro Watt – der Verbrauch von Prozessorlast, Memory und Inteconnect-Netz sind eingerechnet. Das 28-Megawatt-Kühlsystem von Climaveneta koppelt einen geschlossenen Kühlwasserkreislauf mit einer individuell gefertigen Kaltwasser-Kühleinheit.

Der chinesische Prozessor

Das Herz von Sunway TaihuLight ist der Prozessor „SW26010“, der vom Shanghai High Performance IC Design Center entworfen wurde (siehe: Abbildung 1 und 2). Die Kerngruppe (CG) ist per Network on Chip (NoC) verbunden. Jede Gruppe besteht aus Management Processing Element (MPE) and 64 Computing Processing Elements (CPEs), die in einem 8 mal 8 Grid arrangiert sind.

MPE’s und CPE’s basieren auf einer RISC-Architektur, 64-bit, SIMD, Out-of-order-Microstruktur. Sowohl MPE’s als auch CPE’s verarbeiten die Anwendungen. Doch MPEs übernehmen das Performance-Management, die Kommunikation und Compute, während CPEs hauptsächlich das Rechnen bewerkstelligen.

Der Multicore-Prozessor (einer entspricht einem Knoten) besteht somit aus 4 CPEs und 4 MPEs, also 260 Kernen. Je vier Memory-Controller (MC) und ein NoC sind mit dem System Interface (SI) verbunden. Jede der vier MPE-, CPE- und MC-Einheiten hat Zugang zu 8 Gigabyte DDR-Memory. Ein komplettes System kommt demnach auf 40.960 Knoten, 10.649.600 Kerne und 1,31 Petabyte Memory. (mehr zu den technischen Details siehe: Download-Link).

Grafik des Sunway TaihuLight System
Grafik des Sunway TaihuLight System (Bild: „The sunway TaihuLight Supercomputer, Systems an Applications von Fu HH, Liao J F, Ynag J Z et al)

Memory und Connectivity

Das Sunway-Interconnect beruht auf PCIe-Verbindungen zwischen den Knoten. Das Netz besteht aus drei Level: das zentrale Switching-Netzwerk oben, Das Super-Node-Netz in der Mitte und eine Netz für geteilte Ressourcen unten. Die Bandbreite des Bi-Sektoren Netzes beträgt 70 Terabit pro Sekunden.

Der komplette Supercomputer umfasst 40 Schränke mit je 4 Superknoten aus je 256 Knoten. Jeder Knoten kann eine Floating-Point-Spitzenlast von 3,06 Teraflops verarbeiten. Das betriebssystem „Sunwy Raise OS 2.0.5“ fußt auf Linux. Außerdem stehen C- und C++- sowie Fortran-Compiler bereit, ein Vektor-Tool sowie mathematische Bilbliotheken.

LINPACK ist jedoch nicht die einzige Größe, die es im Supercomputing zu beachten gilt. Eine andere Größenordnung liefert der HPCG-Benchmark (HPCG = High Performance Conjugate Gradients). Hier liegt Sunway TaihuLight unter den Werten der größten Konkurrenten auf der Top500. Während das Sunway-System mit ,371 Petaflops lediglich 3 Prozent der Spitzenlast liefert, sind es bei Tianhe-2 0,580 Petaflops, beziehungsweise 1,2 Prozent der Spitzenleisteung und bei RIKEN’s „K“ Computer 0,460 HPCG beziehungsweise 4.1 Prozent der angenommenen Spitzenleistung. Das soll an einem relativ langsamem Memory liegen und lediglich moderaten Verbindungsleistungen.

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