Der Deutsche Wetterdienst und der HLRN-Verbund schaffen an Neue Cray für Norddeutschland und das Wetter

Redakteur: Ulrike Ostler

Ende des vergangenen Jahres und Anfang 2013 konnte Cray, Hersteller von Supercomputern, gleich drei Verträge bei deutschen Instituten abschließen – für insgesamt rund 47,3 Millionen Euro. Der Norddeutsche Verbund für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN-Verbund) und der Deutsche Wetterdienst kaufen unter anderem Superrechner des Typs „Cray XC30“.

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Eine Flüssigkeit regelt im Cray Xtreme-Cool Supercomputer die Temperatur; sie führt direkt an Prozessoren und Speichern vorbei.
Eine Flüssigkeit regelt im Cray Xtreme-Cool Supercomputer die Temperatur; sie führt direkt an Prozessoren und Speichern vorbei.
(Bild: Cray)

Forscherinnen und Forscher in Norddeutschland können sich auf einen spürbaren Zuwachs an Rechenleistung freuen: Im diesem Jahr soll an der Leibniz Universität Hannover der neue Supercomputer „HLRN-III“ in Betrieb gehen, der der Grundlagenforschung und der angewandten Spitzenforschung in zwei Ausbauphasen bereitgestellt wird.

Der neue Supercomputer löst den Rechner „HLRN-II“ ab, der in den vergangenen Jahren der Spitzenforschung zur Verfügung stand. Das Kraftpaket wird die Leistung des Vorgängersystems um etwa das Zehnfache übertreffen – bei gleicher Stromaufnahme.

Die mittlerweile dritte Generation des HLRN-Computers hat im Endausbau zusammen mit der Berliner Komponente des HLRN-III eine Spitzenrechenleistung von rund 2,6 PetaFlops. Der Rechner wird in den kommenden Monaten von der Firma Cray gebaut, im Herbst 2013 geliefert und voraussichtlich im Dezember 2013 betriebsbereit sein.

Auftraggeber ist der Norddeutsche Verbund für Hoch- und Höchstleistungsrechnen (HLRN-Verbund), der 2001 von den Bundesländern Berlin, Bremen, Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen und Schleswig-Holstein gegründet wurde. Der HLRN-Verbund betreibt gemeinsam ein verteiltes Supercomputersystem an den Standorten Berlin und Hannover.

Zwei Standorte für einen Superrechner

Nach dem kürzlich erfolgten Beitritt Brandenburgs bündeln nun sieben von 16 Bundesländern ihre Kräfte im Hoch- und Höchstleistungsrechnen. Der Bund und die HLRN-Länder investieren insgesamt 30 Millionen Euro in den Kauf des neuen Rechners.

Eine Besonderheit des HLRN-III ist, dass er an zwei Standorten betrieben wird, und zwar an der Leibniz Universität Hannover und in Berlin am Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik. Beide Teile des Supercomputers sind durch eine schnelle Datenleitung über 300 Kilometer miteinander verbunden und können im Wesentlichen wie ein System genutzt werden.

Einer der Rechner wird in den Räumlichkeiten der Leibniz Universität Hannover IT Services (RRZN) in der Schloßwender Straße stehen, wo am 17. Dezember ein entsprechende Vertrag mit der Firma Cray Computer Deutschland GmbH, Heidelberg, unterzeichnet wurde. Ein gleichlautender Vertrag über die zweite Hälfte des HLRN-III wurde am gleichen Tag zwischen Cray und dem Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik in Berlin (ZIB) abgeschlossen.

Die technische Ausstattung

Zum Einsatz kommen soll zu dem die „Moab HPC Suite“ von Adaptive Computing. Der Hersteller von Workload- und Private Cloud-Management-Tools, will mit Cray zusammen an einer Lösung für HLRN-III bauen.

Da der Verbund bereits Kunde von Adaptive Computing ist, sind zunächst die Workloads von mehr als 6.500 Netwerkknoten auf dem Supercomputer „Cray XC30“ zu bewältigen. Mehr als 1.000 sollen dazu kommen.

Das Kühlsystem des Cray Xtreme-Cool Supercomputer
Das Kühlsystem des Cray Xtreme-Cool Supercomputer
(Bild: Cray)
Cray XC 30, vormals unter dem Codenamen „Cascade“ geführt, ist die jüngste Entwicklung in Sachen High Performance Computing bei Cray. Der Supercomputer ist mit einer neuen Interconnect-Topologie ausgestattet, genannt „Dragonfly“. Diese steckt ins dem System „Aries“, das das bisherige ablöst, bezeichnet als „Gemini“. Es dient dazu, Applikationen quasi standortunabhängig zu machen.

Auch das Kühlsystem hat Cray überarbeitet. Es nutzt nun einen querverlaufenden Luftstrom, was die Effektivität erhöht und die Energiekosten senken kann. Die Anwendungen laufen unter einem Linux-Derivat und auf Intel-Xeon-Prozessoren.

Die Aufgaben des Supercomputers

Die Nutzung von Supercomputern ist in vielen Disziplinen mittlerweile Voraussetzung für exzellente Forschungsleistungen und hat zu einer drastischen Beschleunigung von Entwicklungszyklen geführt. Hauptanwendungsgebiete des HLRN sind Umweltforschung und Klimawissenschaften, Ingenieuranwendungen, sowie Grundlagenwissenschaften wie Physik, Chemie und Lebenswissenschaften.

Das Rechnersystem wird, wie das ZIB mitteilt, zum Beispiel zur konstruktiven Verbesserung von Verkehrsflugzeugen und Flugzeugtriebwerken in Hinblick auf eine Verringerung von Lärm- und Abgasemissionen eingesetzt. Auch dreidimensionale Modelle von extrasolaren Gasplaneten werden damit zum besseren Verständnis der Struktur der Planetenatmosphäre simuliert.

Die am HLRN entwickelten Methoden sind in so verschiedenen Gebieten wie der Entwicklung von Klimamodellen, Fusionsreaktoren und Raketenantrieben oder in der Medizin anwendbar. Sie kommen auch in der Vorhersage und Untersuchung von Wirbelstürmen zum Einsatz.

Die Cray-Systeme für den deutschen Wetterdienst

Der Deutsche Wetterdienst wurde 1952 gegründet. Er nutzt 6 große Niederlassungen (Hamburg, Potsdam, Leipzig, Essen, Stuttgart, München) mit zum Teil mehr als 100 Beschäftigten, 181 hauptamtliche Wetterwarten und Wetterstationen, davon 12 Klimareferenzstationen, 48 Stationen mit Radioaktivitätsmessungen, 1.800 ehrenamtlich betreute Wetterstationen, knapp 1.300 phänologische Beobachtungsstellen, 17 Wetterradarstandorte in Deutschland, 2 Meteorologische Observatorien, 2 hauptamtliche Bordwetterwarten auf Forschungsschiffen, 846 Wettermeldestellen auf Handelsschiffen, 9 Radiosonden-Stationen mit jährlich rund 7.500 Ballonaufstiegen sowie mehrere Wettersatelliten.
Der Deutsche Wetterdienst wurde 1952 gegründet. Er nutzt 6 große Niederlassungen (Hamburg, Potsdam, Leipzig, Essen, Stuttgart, München) mit zum Teil mehr als 100 Beschäftigten, 181 hauptamtliche Wetterwarten und Wetterstationen, davon 12 Klimareferenzstationen, 48 Stationen mit Radioaktivitätsmessungen, 1.800 ehrenamtlich betreute Wetterstationen, knapp 1.300 phänologische Beobachtungsstellen, 17 Wetterradarstandorte in Deutschland, 2 Meteorologische Observatorien, 2 hauptamtliche Bordwetterwarten auf Forschungsschiffen, 846 Wettermeldestellen auf Handelsschiffen, 9 Radiosonden-Stationen mit jährlich rund 7.500 Ballonaufstiegen sowie mehrere Wettersatelliten.
(Bild: DWD)
Der Deutsche Wetterdienst (DWD) in Offenbach wiederum hat in der vergangenen Woche einen Vertrag mit Cray im Wert von 23 Millionen Dollar (rund 17,3 Millionen Euro) unterzeichnet. Der umfasst zwei Cray XC30 Supercomputer und zwei Storage-Systeme “Cray Sonexion 1600“. Ein Superrechner ist für den Produktivbetrieb und der andere für das Backup gedacht.

Noch 2013 werden vermutlich erste Systeme an den Start gehen; 2014 wird die Installation abgeschlossen. Das Mehr an Rechenkapazität soll insbesondere noch genauere regionale Vorhersagen und Wetterwarnungen ermöglichen.

Die beiden Storage-Systeme Cray Sonexion 1600 werden zusammen einen Kapazität von mehr als drei Petabyte haben sowie eine kombinierte Bandbreite von 72 Gigabytes pro Sekunde. Nach Beschreibungen des Herstellers sind die System sehr kompakt und nehmen dadurch weniger Stellfläche ein als Vorgängersysteme oder vergleichbare Speicher. Sie bewältigen sowohl HPC-Anforderungen als auch Big Data.

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