Neues aus dem Forschungszentrum

Rechner der nächsten Generation läuft in Jülich
Von Redaktion [10.11.2015, 07.18 Uhr]

Das EU-Forschungsprojekt DEEP (Dynamical Exascale Entry Platform) hat seinen Prototypen einer innovativen Rechnerarchitektur vorgestellt, der die Weichen für künftige Supercomputer stellen soll. Das DEEP-System setzt auf das sogenannte Cluster-Booster-Konzept. Ein Booster aus hochparallelen, untereinander vernetzten Mehrkern-Prozessoren beschleunigt dabei wie eine Art Turbolader einen Cluster mit herkömmlichen Prozessoren. Erste Tests belegen die hohe Leistungsdichte, Flexibilität und Energieeffizienz des Systems, das 16 europäische Forschungseinrichtungen und Unternehmen seit 2011 gemeinsam entwickelt haben. Der Prototyp wird in den nächsten Jahren am Jülich Supercomputing Centre (JSC) betrieben und für externe Nutzer zugänglich gemacht.

Die Cluster-Booster-Architektur wurde speziell auf die Anforderungen von Exascale-Rechnern hin entwickelt, die hundert- bis tausendmal leistungsfähiger sein werden als die derzeit schnellsten Rechner der Welt. Das DEEP-Konzept zielt auf eine extreme Steigerung der Energieeffizienz und die Skalierbarkeit auf Millionen von Rechenkernen ab. Die heterogene Architektur ermöglicht es, komplexe Bestandteile eines Programms mit geringer Skalierbarkeit auf dem konventionellen Cluster auszuführen, während einfache, hochskalierbare Codeteile auf den energieeffizienten, enorm leistungsfähigen Booster ausgelagert werden.

Der am JSC installierte Prototyp setzt auf Multi- und Manycore-Prozessoren von Intel und besitzt eine Rechenleistung von 500 Teraflops, was 500 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde entspricht. Der DEEP-Booster ist über ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk mit dem Cluster verbunden und besteht aus insgesamt 384 Rechenknoten mit Intel® Xeon Phi-Prozessoren, die speziell auf hochparallele Anwendungen hin zugeschnitten sind. Die Prozessoren, die über jeweils mehr als 60 Rechenkerne verfügen, kommunizieren untereinander über ein EXTOLL HPC Hochgeschwindigkeitsnetzwerk mit einer 3D-Torus-Topologie, das von der Universität Heidelberg entwickelt wurde.

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Alle Komponenten wurden mittels Eurotechs Aurora-Technologie dicht gepackt in zwei Serverschränken, auch „Racks“ genannt, untergebracht und werden mit einer direkten Warmwasserkühlung energieeffizient gekühlt. Eurotech war maßgeblich am Design des Boosters beteiligt, der in enger Zusammenarbeit mit Intel, der Universität Heidelberg und dem Leibniz-Rechenzentrum unter Führung des ExaCluster Lab entstand, einer langjährigen Kollaboration von Intel, Forschungszentrum Jülich und der Softwarefirma ParTec aus München. Nicht zuletzt wird der aktuelle Betriebszustand des Rechners permanent mit einer neuen Monitoring-Software überwacht, die das Leibniz-Rechenzentrum eigens für das DEEP-System entwickelt hat.

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, die auf ParTecs Systemsoftware ParaStation MPI basiert. Darauf sitzt das vom Barcelona Supercomputing Center weiterentwickelte Programmiermodell OmpSs auf, das nun auch die kollektive Auslagerung hochparalleler Aufgabenteile unterstützt.

„DEEP war zunächst nur eine Idee. Dass sie tatsächlich ins Leben gerufen wurde, ist dem Einsatz einiger der qualifiziertesten Wissenschaftler und Ingenieure Europas sowie der Unterstützung der Europäischen Kommission zu verdanken. Alle beteiligten Unternehmen, Forschungsinstitute und Universitäten können stolz auf dieses einzigartige System sein, das sowohl universell einsetzbar als auch unglaublich hoch skalierbar ist. Das Cluster-Booster-Konzept von DEEP wird die Entwicklung künftiger Supercomputer maßgeblich beeinflussen“, sagt Projektkoordinator Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre.

Sechs Anwendungen aus Wissenschaft und Industrie hat das DEEP-Team bereits für ihr System optimiert. Auch wenn das mit 18,5 Millionen Euro geförderte EU-Projekt jetzt ausgelaufen ist, gehen die Arbeiten weiter. Das System wird die nächsten Jahre am JSC laufen und auch 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, mit dem der kürzlich installierte Superrechner JURECA in den nächsten ein bis zwei Jahren auf eine Rechenleistung von über 10 Petaflops beschleunigt werden soll.


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