Wachstum im Bereich Supercomputing

Die Top 500: HPE, Lenovo und Cray

| Redakteur: Ulrike Ostler

Das Barcelona Supercomputing Center wurde in einer ehemaligen Kirche errichtet. Hier steht der 11,1 petaFLOP Supercomputer mit der Bezeichnung „Mare Nostrum 4“, der auf Lenovo-Technik basiert.
Das Barcelona Supercomputing Center wurde in einer ehemaligen Kirche errichtet. Hier steht der 11,1 petaFLOP Supercomputer mit der Bezeichnung „Mare Nostrum 4“, der auf Lenovo-Technik basiert. (Bild: Barcelona Supercomputing Center (BSC))

Er ist nicht nur in einem der schönsten Rechenzentren zuhause, sondern zugleich einer der größten Supercomputer: Der 11,1 petaFLOP Supercomputer mit der Bezeichnung „Mare Nostrum 4“. Denn er steht in der Kapelle Torre Girona auf dem Gelände der Polytechnischen Universität von Katalonien in Barcelona, Spanien.

Die International Supercomputing Conference ist immer auch der die Veranstaltung, auf der es um die größten und leistungsfähigsten - Computer – geht. Die ISC 2017 läuft noch bis zum 22. Juni in Frankfurt. Sie zählt 3.200 Teilnehmer aus dem High Performance Computing aus 60 Ländern.

Gleich zum Start am Sonntag gab Lenovo bekannt, dass die Bereitstellung und Implementierung des weltweit größten, auf der nächsten Generation von Intel-Technologie basierenden Supercomputers für das Barcelona Supercomputing Center (BSC) abgeschlossen wurde. Er kommt in verschiedenen Wissenschaftsfeldern zum Einsatz, von der Forschung am menschlichen Genom, in der Bioinformatik und Biomechanik bis hin zur Wettervorhersage und Analyse der Zusammensetzung der Atmosphäre.

Das neue System wird mit der Zeit weiter wachsen; derzeit ist das System auf Platz 13 der aktuellen „Top 500“ gelistet, die ebenfalls bereits vorgestellt wurde., übrigens die 49zigste Ausgabe der Rangliste. Sie basiert auf dem Linpack Benchmark und erfährt zweimal pro Jahr ein Update.

Die ersten Plätze auf der Top 500

Der Computer “Sunway TaihuLight”, der vom chinesischen National Research Center of Parallel Computer Engineering & Technology (NRCPC) entwickelt wurde und im National Supercomputing Center in Wuxi steht, behält seine Top-Position. Die Linpack-Performance wird mit 93 petaFLOPs angegeben.

Auf der Rangliste an zweiter Stelle folgt im dritten Jahr in Folge „Tianhe-2”, (Milky Way-2). Das System entstand durch die chinesische National University of Defense Technology (NUDT) und steht im National Supercomputer Center in Guangzho. Die Leistung liegt bei 33,9 petaFLOPs.

Die Nummer drei unter den Supercomputern ist ein Upgrade von “Piz Daint”, ein “Cray XC50!-Syste, das im National Supercomputing Centre (CSCS) der Schweiz steht.. Das Upgrade beruht im Wesentlichen auf “Nvidia Tesla P100” GPUs, die die Linpack-Performance von vormals 9,8 petaFLOPs im November 2016 mehr als verdoppeln, auf 19,6 petaFLOPs.

Supercomputing-Wachstum

Insgesamt bringen die Supercomputer 749 petaFLOPs auf die Waage; das entspricht 32 Prozent mehr als im Vorjahr. Das erscheint viel, ist aber im Vergleich zu den fetten Zuwachsraten mit 185 Prozent pro Jahr, bis zum Jahr 2013, vergleichsweise wenig.

Obwohl die zwei leistungsfähigsten Computer in China stehen, können die USA nach wie vor für sich beanspruchen, die Nation zu sein, die die meisten Supercomputer besitzt. Top500 zählt 169 amerikanische Systeme und 160 chinesische. Danach folgen Japan mit 33 Superrechnern, Deutschland mit 28, Frankreich und Großbritannien mit jeweils 17.

Intel CPUs und Nvidia-GPUs

Der wichtigste Lieferant ist Intel; denn die Prozessoren „Xeon“ oder „Xeon Phi“ stechen in 464 von den 500 gelisteten Systemen. „IBM Power“-CPUs werden in 21 Computern verwendet und „AMD Opteron“-CPUs bietet die Basis für sechs Systeme.

Akzeleratoren beziehungsweise Co-Prozessoren sind in 91 Supercomputern zu finden, im November 2016 waren es noch 86. Die populärsten stammen aus dem Hause Nvidia. Während Xeon Phi Co-Prozessors in lediglich 17 Systemen Verwendung finden, setzen 74 auf Produkte auf die GPUs von Nvidia.

Diese machen dann auch in der „Green 500“, der Liste mit den schnellsten und Energie-effizientesten Rechnern eine gute Figur. Die führenden 13 Supercomputer auf der neuen Green-500-Liste beruhen auf der „Tesla KI“-Supercomputing-Plattform des Herstellers. Auch der neue schnellste Supercomputer Europas, „Piz Daint“ vom Schweizerischen National Computing Center (CSCS), zählt dazu. Alle 13 nutzen „Tesla P100“ GPU-Beschleuniger, vier der Systeme basieren auf dem „Nvidia DGX-1“ KI-Supercomputer. Gegenüber der vor zwei Jahren veröffentlichten Kepler-Architektur der Nvidia-technik zeigen die jüngsten Performance-Daten, dass die Tesla GPUs die Leistung für HPC-Anwendungen verdreifacht haben.

Die Green 500

Übrigens ist der „grünste“ Computer derzeit „Tsubame 3.0”, ein modifiziertes „HPE ICE XA“ System, das sich am Tokyo Institute of Technology befindet. Es erreicht 14,110 Gigaflops pro Watt bei einer Performance von 1,998-Petaflop Linpack-Tests. Auf der Top 500 rangiert der Rechner auf Platz 61.

Als Interconnect-Technologien setzen die meisten Supercomputer der Top 500 auf Ethernet und Infiniband. Ethernet steckt in 207 Systemen und Infiniband in 178. Allerdings schaut man genauer hin, basiert nur die Kommunikation in einem einzigen System unter den leistungsfähigsten 100 Rechnern Ethernet, in 42 davon Infiniband und in 38 Systemen „Intel Omni-Path“. Vor einem Jahr gab es erst acht Superrechner mit dieser Intel-Technologie.

HPE, Lenovo, Cray

Bezogen auf die Hersteller-Anteile unter den Supercomputern, hat Hewlett Packard Enterprise (HPE) die Nase vorn. 144 Systeme der Top 500 basieren auf HPE-Technik, die 25 früheren SGI-Systeme inklusive. 2016 hatte HPE SGI übernommen. Auf Platz 3 steht Cray. Das Unternehmen stattete 57 Superrechner aus. Allerdings führt Cray in Sachen Performance: 21,4 Prozent der Gesamtleistung findet auf Cray-Maschinen statt; doch HPE trägt 16,7 Prozent bei und dank des Sunway Taihu Light-Systems kann NRCPC 12,5 Prozent für sich beanspruchen.

Doch auch Lenovo schlägt sich gut. Nicht nur Mare Nostrum 4 beruht auf Lenovo-Installationen, sondern insgesamt 92 Systeme. Seit dem Debüt in der Liste der Top 500 im Jahr 2014 hat sich Lenovo zum weltweit am schnellsten wachsenden Anbieter entwickelt. In China, der größten und am schnellsten wachsenden Region für Supercomputing weltweit, belegt Lenovo Platz 1; hier kommen 50 Prozent mehr Systeme von Lenovo als von seinem nächsten Mitbewerber.

„Die schnelle Bereitstellung, Installation und Optimierung des Mare Nostrum 4 Systems für das BSC demonstriert die umfassende Stärke von Lenovo im Bereich des High Performance Computing“, erklärt Kirk Skaugen, President Lenovo Data Center Group. Das System wird mit mehr als 3.400 Knoten der nächsten Generation von Lenovo Servern betrieben, die mit skalierbaren Intel Xeon Prozessoren arbeiten. Die Knoten sind untereinander mit mehr als 60 Kilometern Omni-Path 100 GB/s Netzwerkkabeln von Intel verbunden.

Es ist das dritte High Performance Computing (HPC)-System, das Lenovo im Rahmen der Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE) Initiative installiert hat. Dadurch ist Lenovo zum größten Anbieter von HPC-Systemen für diese einflussreiche, wissenschaftliche Gemeinschaft avanciert und hat auch in Europa die Stellung von Lenovo als das am schnellsten wachsende Unternehmen im Bereich Supercomputing in Europa gefestigt.

Lenovo in Stuttgart

Den Anspruch unterstreicht Lenovo, indem es sein in Stuttgart angesiedeltes „Global HPC Innovation Center“ aufwertet. Hier kommen in Zukunft 6.000 Kerne der neuesten Generation von skalierbaren Intel Xeon Prozessoren gemeinsam mit den neuesten Nvidia GPUs zum Einsatz. Die Kerne sind untereinander mit einer Reihe von industrieweit führenden Hochleistungsstrukturen von Mellanox und Intel verbunden.

Das HPC Innovation Center wurde im Mai 2015 mit dem Ziel der Intensivierung der Zusammenarbeit mit Kunden eröffnet. Es ermöglicht Kunden den Zugang zu den neuesten Technologien und bietet Gelegenheit, die gleichen Systeme auszuprobieren, die im BSC Mare Nostrum 4 zum Einsatz kommen, noch bevor diese flächendeckend in den Handel kommen. Die vollständige Aufwertung des Systems wird im August 2017 abgeschlossen. Das Lenovo HPC Innovation Center steht allen interessierten Kunden offen.

Der BEAR ist los

Ein Beispiel für die erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Industrie, die Dank des Global HPC Innovation Centers zustande kam, ist die University of Birmingham, die eine zentrale Forschungseinrichtung mit dem Namen Birmingham Environment for Academic Research (BEAR) eingerichtet hat. BEAR ist eine Sammlung von IT Ressourcen, die der Universitätsgemeinschaft und qualifizierten, externen Wissenschaftlern kostenfrei zur Verfügung gestellt wird, um die Beschleunigung ihrer Forschungen auf einer Vielzahl von Forschungsfeldern wie den Bio- und Naturwissenschaften, einschließlich der Genom-Sequenzierung, der Medizinforschung und den Sprachwissenschaften zu ermöglichen.

„Die Genomsequenzierung kann rasche Einsichten über Umfang und Verbreitungsmuster bei wichtigen Epidemien liefert. Als Zika über Amerika hereinbrach waren wir in der Lage rasch zu reagieren, indem wir in betroffenen Regionen eine mobile Sequenzierung einrichteten und binnen Tagen Sequenzierungsdaten generieren konnten“, berichtet Professor Nick Loman, Professor für Microbial Genomik und Bioinformatik an der Universität Birmingham. „Die vergleichende Genomsequenz-Analyse stellt substantielle Anforderungen an Rechenleistung und Speicherkapazität.

Das neue System bietet bei Bedarf rasch Rechenleistung, um die Analyse zu beschleunigen. Wir können sofort auf Hunderte von CPUs, Tausende Gigabyte RAM und zweistellige Terabyte Speicher zugreifen. Das bedeutet, wir können mit dem Tempo der Erhebung von Daten Schritt halten und rasch neue, wichtige Erkenntnisse mit der Wissenschaftsgemeinschaft und dem öffentlichen Gesundheitssektor teilen, um die Reaktion auf Epidemien zu unterstützen.“

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