Der erste europäische Exascale-Superrechner Für 15 Megawatt: Jülich bekommt einen Exascale-Computer

Von Ulrike Ostler

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Die Entscheidung ist gefallen. Das European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU), wählt das Forschungszentrum Jülich als Partner im deutschen Gauss Centre for Supercomputing aus, um den ersten europäischen Supercomputer der nächsten Generation zu betreiben.

Deutschlands schnellster Superrechner ist derzeit „Juwels“ am Forschungszentrum Jülich (im Bild); dieser wird nun zum 'Vorgänger' für „Jupiter“, der erste Supercomputer in Europa, der die Grenze von ie Grenze von 1 Trillion Rechenoperationen pro Sekunde knacken soll.
Deutschlands schnellster Superrechner ist derzeit „Juwels“ am Forschungszentrum Jülich (im Bild); dieser wird nun zum 'Vorgänger' für „Jupiter“, der erste Supercomputer in Europa, der die Grenze von ie Grenze von 1 Trillion Rechenoperationen pro Sekunde knacken soll.
(Bild: Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau )

Der künftige Exascale-Rechner soll als erster in Europa die Grenze von 1 Trillion - eine „1“ mit 18 Nullen - Rechenoperationen pro Sekunde brechen. Beschafft wird das System von der europäischen Supercomputing-Initiative EuroHPC JU.

Die Gesamtkosten für das System belaufen sich auf 500 Millionen Euro. 250 Millionen Euro werden von der europäischen Supercomputing-Initiative EuroHPC JU und die andere Hälfte vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (MKW NRW) getragen.

Der Exascale-Rechner soll dazu beitragen, bedeutende und drängende wissenschaftliche Fragen zu lösen, etwa zum Klimawandel, zur Bewältigung von Pandemien und zur nachhaltigen Energie-Erzeugung, und den intensiven Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) sowie die Analyse großer Datenmengen ermöglichen.

Professor Thomas Lippert, Leiter des Jülich Supercomputing Centre am Forschungszentrums Jülich, erläutert: „Die EuroHPC-Entscheidung ermöglicht es uns, diesen bedeutenden Schritt in Richtung Exascale in Kooperation mit Forschung und Industrie, wissenschaftlichen Nutzerinnen und Nutzern sowie Fördereinrichtungen gehen zu können.“

Es gebe immense Herausforderungen auf verschiedenen Ebenen, sowohl in technischer als auch in finanzieller Hinsicht. „Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass wir über eine Maschine sprechen, die der gesamten Gesellschaft zugute kommen wird. Verkehrsoptimierung, autonomes Fahren, Umweltüberwachung bis hin zum digitalen Zwilling: All diese Herausforderungen sind extrem rechenintensiv und setzen neue Rechentechnologien voraus, wie wir sie mit dem modularen Exascale-System erschließen können“, so der Professor.

Der neue am Sternenhimmel

Der Rechner mit der Bezeichnung „Jupiter", die Abkürzung steht für „Joint Undertaking Pioneer for Innovative and Transformative Exascale Research“, wird ab 2023 in einem eigens dafür errichteten Gebäude auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich installiert. Als Betreiber ist das Jülich Supercomputing Centre (JSC) vorgesehen, dessen Superrechner „Juwels“ und „Jureca“ aktuell bereits zu den leistungsfähigsten Supercomputern der Welt gehören (siehe: „ ISC High Performance 2022 in Hamburg; HPE-Superrechner erreicht mit AMD-Prozessoren erstmals Exascale-Rechenleistung“).

Das JSC hat als Mitglied des Gauss Centre for Supercomputing (GCS), ein Verein der drei nationalen Höchstleistungsrechenzentren JSC in Jülich, High-Performance Computing Center Stuttgart (HLRS) und Leibniz Rechenzentrum (LRZ) in Garching, an dem Bewerbungsverfahren für einen High-End-Supercomputer teilgenommen. Ausgerichtet wurde der Wettbewerb durch die europäische Supercomputing-Initiative EuroHPC JU, zu der sich die Europäische Union gemeinsam mit europäischen Ländern und privaten Unternehmen zusammengeschlossen hat.

Der Entschluss über den Standort des ersten europäischen Exascale-Rechners fiel gestern im finnischen Kajaani durch EuroHPC JU. Dort wurde zugleich Europas erster Prä-Exascale-Computer eingeweiht. ISC High Performance 2022 in Hamburg HPE-Superrechner erreicht mit AMD-Prozessoren erstmals Exascale-Rechenleistung „Lumi“ [Beschreibung folgt in Kürze], der seit Anfang Juni schnellste Rechner Europas, belegt den dritten Platz auf der aktuellen TOP500-Liste der leistungsfähigsten Rechner der Welt. An deren Spitze steht seit Mai offiziell erstmals ein Exascale-Rechner, der US-amerikanische Superrechner „Frontier“.

Mit Jupiter soll nun erstmals ein Superrechner in Europa den Sprung in die Exascale-Klasse schaffen. Dieser Superrechner wird von der Rechenleistung her stärker sein als 5 Millionen moderne Notebooks oder PCs.Der Supercomputer wird wie der aktuelle Jülicher Spitzenrechner Juwels auf einer dynamischen modularen Supercomputer-Architektur basieren, die das Forschungszentrum Jülich gemeinsam mit europäischen und internationalen Partnern in den europäischen „DEEP“-Forschungsprojekten entwickelt hat.

Ein modulares System

Bei einem modularen Superrechner werden unterschiedliche Rechenmodule miteinander gekoppelt. Dies ermöglicht es, Programmteile komplexer Simulationen auf mehrere Module zu verteilen, so dass die jeweils unterschiedlichen Hardware-Eigenschaften bestmöglich zum Tragen kommen sollen. Der Aufbau soll das System zudem darauf vorbereiten, Zukunftstechnologien wie Quantencomputer-Module und/oder neuromorphe Module, die die Funktionsweise des Gehirns nachbilden, zu integrieren.

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In seiner Ausgangskonfiguration wird der Cluster über ein rechenstarkes Booster-Modul mit Grafikprozessor-basierten Rechenbeschleunigern verfügen. Massiv parallele Anwendungen lassen sich durch diesen Booster ähnlich wie durch einen Turbolader beschleunigen – beispielsweise um hochaufgelöste Klimamodelle zu berechnen, neue Materialien zu entwickeln, komplexe Zellprozesse und Energiesysteme zu simulieren, Grundlagenforschung voranzutreiben oder rechenintensive Machine-Learning-Algorithmen der neuesten Generation zu trainieren.

Die geplante Architektur: Rechen- und Speichermodule des Exascale-Rechners in der Basiskonfiguration (blau) sowie optionale Module (grün) und Module zu Zukunftstechnologien (lila) als mögliche künftige Erweiterungen
Die geplante Architektur: Rechen- und Speichermodule des Exascale-Rechners in der Basiskonfiguration (blau) sowie optionale Module (grün) und Module zu Zukunftstechnologien (lila) als mögliche künftige Erweiterungen
(Bild: JSC )

Eine große Herausforderung ist der Energiebedarf, der für eine derart große Rechenleistung erforderlich ist. Die erwartete mittlere Leistung beträgt bis zu 15 Megawatt.

Die zukünftigen Betreiber teilen jedoch mit, dass Jupiter ist als „grüner“ Rechner konzipiert sie und mit Ökostrom betrieben werden soll. Die vorgesehene Warmwasserkühlung soll dazu beitragen, dass der Supercomputer hohe Effizienzwerte erreicht. Zugleich eröffnet die Kühltechnologie die Möglichkeit, die entstehende Abwärme intelligent zu nutzen, etwa indem Jupiter wie das Vorläufersystem Juwels an das neue Niedertemperaturnetz auf dem Campus des Forschungszentrums Jülich angeschlossen wird. Weitere Nutzungsmöglichkeiten für die Abwärme von Jupiter werden aktuell vom Forschungszentrum Jülich untersucht.

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