Rekorde bei der Energie-Effizienz und beim Mond-Rover in der Wolke Grafik-Prozessoren in Supercomputern und auf Mondmission

Redakteur: Ulrike Ostler

Der Supercomputer „Eurora“ steht in Italien und ist mit „Nvidia-Tesla“-GPUs auf Kepler-Basis ausgestattet. Dank Flüssigkeitskühlung ist das System nun die aktuelle Nummer 1 der Green-500-Liste. Part-Time Scientists indes, der deutsche Google-Lunar-X-Prize-Teilnehmer, kommt mit Hilfe der Grafik-Prozessoren aus der Wolke zum Mond.

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Part-Time Scientists planen eine zu neunzig Prozent privat finanzierte Mondmission.
Part-Time Scientists planen eine zu neunzig Prozent privat finanzierte Mondmission.
(Text: Michael D. Perkins/ Bilder: Wil Perkins)

Eurora wurde von Eurotech gebaut und steht seit Mittwoch der vergangenen Woche im Supercomputing-Center Cineca in Bologna, Italien. Das Center erreichte mit Eurora 3.150 Megaflops pro Watt im Dauerbetrieb. Das heißt: 64 Aurora-Tigon-Knoten-System; 2 x Intel Xeon E5-2687W und 2 x NVIDIA-K20-GPU pro Knoten.

Die Energie-Messungen wurden nach dem Verfahren der Green500-Richtlinien erstellt und mit einem kalibrierten Leistungsmesser unter einer angepasste Version von „Linpack“ vorgenommen (110 Teraflops Linpack Performanz).

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Über Tesla-GPUs

Tesla-GPUs von Nviia sind leistungsstarke Parallelbeschleuniger, die auf der Parallel-Computing-Plattform "CUDA" basieren. Tesla-GPUs sind von Grund auf für Energie-effizientes High Performance Computing, computergestützte Naturwissenschaften und Supercomputing entwickelt. Sie ermöglichen eine deutlich höhere Beschleunigung für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und kommerziellen Anwendungen als reine CPU-basierte Lösungen.

Ein Tesla K20 Akzelerator, arbeitet bis zu 4 Mal Energie-effizienter als eine typische x86-CPU. Wird der Energieverbrauch in den Rechenzentren nicht massiv gedrosselt, vervierfacht sich der Ausstoß von Kohlendioxid, den Rechenzentren verursachen, bis zum Jahr 2020, sagen Experten gegenwärtig.

Die Leistungsmarke liegt damit um 26 Prozent höher, als beim bisher führenden System der aktuellen Green-500-Liste: dem Beacon-System des National Institute for Computational Sciences / University of Tennessee mit 2.499 Megaflops/Watt..

1.500 Tonnen weniger C02

Das bedeutet, dass sich in fünf Jahren rund 2,5 Millionen Kilowattstunden beziehungsweise 500 Tausend Dollar an Energiekosten und 1.500 Tonnen C02 sparen lässt, wenn keine, in der Leistung vergleichbare CPU-basierte Systeme zum Einsatz kommen.

Der Eurora Supercomputer bei Cineca.
Der Eurora Supercomputer bei Cineca.
(Bild: Nvidia)
Der Rechner erreicht den Rekord-Wert durch eine Kombination von 256 „Tesla K20“ Akzeleratoren von Nvidia und CPUs in einem einzigen Rack, einer Spitzenlast von 350 Teraflops und dem Eurotech-Supercomputer „Aurora Tigon“. Das System nutzt eine Heißwasserkühlung für alle elektronischen und elektrischen Komponenten des HPC-Systems.

Heißes Wasser ist „cooler” als kalte Luft

Eurora ist für Mitglieder der Partnership for Advanced Computing in Europe (Prace) und für die wichtigsten italienischen Forschungseinrichtungen nutzbar und wird Wissenschaftlern ermöglichen, fortschrittliche Forschungen und Entdeckungen in einer Reihe von wissenschaftlichen Gebieten, darunter Materialwissenschaften, Astrophysik, Life Science und Geowissenschaften, voranzutreiben.

Zu erkennen: der Kreislauf von relativ kaltem und heißem Wasser
Zu erkennen: der Kreislauf von relativ kaltem und heißem Wasser
(Bild: Nvidia)
Bei Eurora handelt es sich um einen Prototyp, der für Cineca unter der „Prace-2IP“-Initiative entwickelt wurde, um eine nachhaltige, qualitativ hochwertige Infrastruktur zu erschaffen, die den anspruchsvollsten Bedürfnissen der europäischen HPC-Community gerecht wird. Doch gibt es mittlerweile eine kommerzielle Version des Eurotech-Aurora-Tigon-Supercomputers bei Eurotech.

Nutzung thermischer Energie

Die Eurora-Hardware-Architektur basierten HPC-Systeme, einschließlich Eurotech Aurora Tigon, ermöglichen Rechenzentren die Energiekosten um bis zu 50 Prozent zu senken. Zudem verringern sich die Gesamtkosten zwischen 30 und 50 Prozent. Der Vergleich beruht auf luft- und flüssigkeitsgekühlten, mittelgroßen Rechenzentren mit 1.800 Server-Knoten, jeweils mit dualen Intel-Xeon-E5-2670-2,6-GHz-Prozessoren.

Zugleich ist die Kombination aus Tesla-K20 und der Wasserkühlung kompakter als Systeme mit herkömmlicher Luftkühlung. Darüber hinaus reduziert die Aurora-Heißwasserkühlung-Technologie die Notwendigkeit von Klimaanlagen in warmen Klimazonen wie Italien oder macht sie sogar gänzlich überflüssig.

Die thermische Energie, die vom System erzeugt wird, kann zur Beheizung von Gebäuden, dem Antrieb von Adsorptionskältemaschinen oder der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, also der kombinierten Erzeugung von Strom, Wärme und Kühlung, verwendet werden.

Privat zum Mond

Das Wissenschaftler- und Visionär-Netzwerk Part-Time Scientists demonstrierte auf der diesjährigen Campus Party Brasil, die vom 28. Januar bis 3. Februar in São Paulo stattfand, seine „Lunar“ Simulationsumgebung. Die Grundlage ist bestehendes Bildmaterials vom Mond, dessen Oberfläche mit echten Höhendaten in einer Auflösung von bis zu 1,5 Metern pro Pixel simuliert werden.

Die dafür notwendigen komplexen physikalischen Berechnungen erfolgen in Nvidia-Grafikprozessor-Einheiten (GPU) und mithilfe der Cloud-Computing-Technik von Profitbricks.

Die Campus Party gilt mit 250.000 Teilnehmern als weltweit größtes Event für Innovation, Wissenschaft, Kreativität und digitale Unterhaltung. Gleichzeitig ist es eines der wenigen physischen Treffen der digitalen Community, der großen Unternehmen und der öffentlichen Verwaltung.

Der Rover in der Wolke

Part-Time Scientists ist der deutsche Google-Lunar-X-Prize Teilnehmer mit dem Ziel, eine zu neunzig Prozent privat finanzierte Mondmission durchzuführen. Der von Part-Time Scientists entwickelte Mond-Rover „Asimov“ soll im Frühjahr 2014 autonom die Mondoberfläche erkunden.

Die Simulation der gesamten Mondoberfläche gilt als wesentlicher Meilenstein, um die Web-basierte Steuerung des Rover zu ermöglichen. Die Simulation lässt sich über das Internet steuern.

Das hat den Vorteil, dass man Simulation und Benutzer trennen kann. Sowohl Programme wie die künftigen Fahrer des Rover können so die Oberfläche des Erdtrabanten buchstäblich „erfahren“ und selbst komplexe, längere Missionen vorab durchspielen.

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Über Part-Time Scientists

Die Part-Time-Scientists GmbH wurde am 04.03.2010 gegründet. Unter dem Namen „Part-Time Scientists“ nimmt das mittlerweile rund 100-köpfige Team seit dem 24. Juni 2009 offiziell am mit insgesamt 30 Millionen US-Dollar dotierten Google Lunar X-Prize teil. www.part-time-scientists.com

Am 30. Januar 2013 hat das Team von Part-Time Scientists im Rahmen eines Vortrags vor rund 5.000 Zuhörern mit einer Live-Übertragung die neue GPU-basierte Lunar Simulationsumgebung vorgestellt. Unter den Gästen war auch der zweite Mann auf dem Mond, Buzz Aldrin.

Die Live-Demonstration der Lunar Simulation fand auf einer entsprechend gehosteten GPU-Workstation von Profitbricks statt.

Die Simulationen werden in einem virtuellen Rechenzentrum mit der Technologie von Profitbricks gerechnet, die als Infrastructure as a Service (IaaS) aufgesetzt ist. „Wir benötigten eine flexible Server-Infrastruktur, die leicht zu verwalten ist und uns erlaubt, schnell und einfach Dienste für unser ständig wachsendes Team bereitzustellen“, erläutert Robert Boehme von Part-Time Scientists die Entscheidung für Profitbricks. „Vom Intranet über Dokumente- und Quellcodeverwaltung bis hin zu unserem Web-Auftritt bietet uns Profitbricks hierfür die schnellste und unkomplizierteste Lösung.“

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