Forschungszentrum Jülich betreibt extrem schnellen Prototypen

Turbolader für Supercomputer

| Autor / Redakteur: Ludger Schmitz / Ulrike Ostler

(Bild: Forschungszentrum Jülich)

Cluster-Booster Architektur soll die Exascale-Rechner der Zukunft hundert bis tausend Mal leistungsfähiger machen, als die derzeit schnellsten Rechner der Welt. Ein EU-Forschungsprojekt hat den Prototypen dafür am Jülich Supercomputing Centre eingerichtet.

18,5 Millionen Euro hat es sich die EU an Fördergelder kosten lassen, um der Welt mit DEEP zu zeigen, dass man auf dem „alten“ Kontinent einiges von Supercomputing versteht. Das Kürzel bedeutet „Dynamical Exascale Entry Platform“ und ist Titel eines EU-Forschungsprojekts. Dieses verfolgt das so genannte Cluster-Booster-Konzept: Ein Booster aus hochparallelen, untereinander vernetzten Multi-Core-Prozessoren beschleunigt wie ein Turbolader ein Cluster aus herkömmlichen Prozessoren.

Zwei Racks, die es in sich haben

Der nun am Jülich Supercomputing Centre (JSC) installierte Prototyp beschränkt sich auf zwei wassergekühlte Server-Racks. Zweigeteilt ist auch sein Aufbau. Erstens ist da ein Cluster auf Basis von Multi-Core-Prozessoren von Intel, das es auf eine Rechenleistung von 500 Teraflops bringt, 500 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde.

Zweitens ist mit diesem Cluster über ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk der DEEP-Booster verbunden. Der besteht aus 384 Rechenknoten mit Intel-Prozessoren des Typs Xeon Phi. Diese Prozessoren verfügen über jeweils mehr als 60 Rechenkerne und sind speziell auf hochparallele Anwendungen zugeschnitten. Dazu kommunizieren sie untereinander über „Extoll HPC“-Netz mit 3D-Torus-Topologie, das an der Universität Heidelberg entwickelt wurde.

Arbeitsteilung für Spezialisten

Beide Umgebungen arbeiten als Spezialisten. Programmteile mit geringer Skalierbarkeit laufen auf dem konventionellen Cluster. Hochskalierbare Codeteile werden auf den Booster ausgelagert. Ein derartiges System verlangt einige Neuerungen, an denen seit 2011 insgesamt 16 europäische Forschungseinrichtungen und Unternehmen beteiligt waren.

Das Deep-System am Jülich Supercomputing Centre
Das Deep-System am Jülich Supercomputing Centre (Bild: Forschungszentrum Jülich)

Das DEEP-Team hat für das komplexe Hardwaresystem einen kompletten Software-Stack entwickelt, der Nutzern das Programmieren erleichtert. Anwendungsentwickler können damit auf eine vertraute Programmierumgebung zugreifen, während die Software die jeweilige Anwendung gleichzeitig optimal für Berechnungen auf dem komplexen System anpasst. Beide Teile, Cluster und Booster, lassen sich gemeinsam über eine globale Programmierschnittstelle ansteuern. Darauf setzt das Programmiermodell OmpSs auf, das nun auch die kollektive Auslagerung hochparalleler Aufgabenteile unterstützt.

Weitere Entwicklung auch ohne EU-Gelder

Sechs Anwendungen aus Wissenschaft und Industrie hat das DEEP-Team bereits für das System optimiert. Auch wenn die EU-Förderung jetzt ausgelaufen ist, gehen die Arbeiten weiter. Das System wird die nächsten Jahre am JSC laufen und externe Nutzer werden Zugang erhalten, die mit dem Prototypen ihre Anwendungen für künftige Supercomputer optimieren können.

Darüber hinaus plant das JSC die Anschaffung eines weiteren Boosters. Der soll in den nächsten ein bis zwei Jahren den kürzlich installierte Superrechner „Jureca“ auf eine Rechenleistung von mehr als zehn Petaflops beschleunigen.

* Ludger Schmitz ist freiberuflicher Journalist in Kelheim.

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