Auf dem Weg zum modularen Superrechner

Das Forschungszentrum Jülich erweitert Jureca

| Autor / Redakteur: Ulrike Ostler / Rainer Graefen

Der Superrechner Jureca am Jülich Supercomputing Centre (JSC) erhält einen Booster.
Der Superrechner Jureca am Jülich Supercomputing Centre (JSC) erhält einen Booster. (Bild: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach)

Intel und das Forschungszentrum Jülich haben in der vergangenen Woche gemeinsam mit dem Software-Unternehmen Partec und Dell eine Kooperation für die gemeinsame Entwicklung und Implementierung eines neuartigen modularen Supercomputer-Systems geschlossen. Der Jülicher Superrechner „Jureca“ bekommt einen Booster.

Die ersten drei genannten Kooperationspartner hatten in den vergangenen Jahren bereits eng im Rahmen der EU-Projekte „DEEP“ und „DEEP-ER“ zusammengearbeitet. Die nun vereinbarte Erweiterung des Jülicher Superrechners Jureca mit einer zusätzlichen, hoch-skalierbaren Komponente, einem so genannten Booster, baut auf den Ergebnissen der vorausgegangenen Forschungsprojekte auf und wird erstmalig das Konzept in einer Produktionsumgebung erproben.

Professor Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC, erläutert. „Die Erweiterung wurde in den Projekten DEEP und DEEP-ER bereits bis zum Prototypenstadium geführt und ist ein wichtiger Schritt hin zur Implementierung eines Systems nach dem am JSC entwickelten Konzept des modularen Supercomputers.“

Dieses Konzept zielt auf eine Supercomputer-Architektur ab, die speziell auf die verschiedenartigen Anforderungen moderner Simulationscodes zugeschnitten ist. Ein solcher Superrechner verfügt nicht mehr über eine homogene Hardware-Architektur. Stattdessen werden unterschiedliche Module verbaut, die verschiedenartige Charakteristika aufweisen, und deren Ressourcen über eine einheitliche Software-Oberfläche gesteuert und dynamisch zugeteilt werden.

Teile des Simulationscodes, die sich nur schwer oder bis zu einem gewissen Grad gleichzeitig auf einer Vielzahl von Prozessoren berechnen lassen, werden auf dem Cluster ausgeführt, die mit General-Purpose-Prozessoren ausgestattet sind, die Befehle besonders schnell nacheinander abarbeiten. Andere, besser parallelisierbare Teile des Programmcodes werden auf den Booster ausgelagert.

Dieses Modul verfügt über eine große Anzahl von relativ langsamen, dafür aber extrem effizienten Rechenkernen. Auf diese Weise lässt sich eine bessere Skalierbarkeit und gleichzeitig signifikant höhere Effizienz bei niedrigerem Energieverbrauch erzielen: sowohl für Big Data-Analysen als auch für Simulationen auf der nächsten Rechnergeneration, der kommenden Exascale-Klasse.

Die technische Ausführung

Für den Jureca-Booster sind „Intel Xeon Phi 7250-F“-Prozessoren auf der Basis des „Intel Scalable Systems Framework“ (Intel SSF) vorgesehen, die über eingebaute „Omni-Path“-Schnittstellen verfügen. Intel wird das System gemeinsam mit Dell bereitstellen, unter Verwendung der Server „Poweredge C6230P“. Der Booster ist für eine Spitzenleistung von 5 Petaflop/s ausgelegt, das entspricht 5 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde. Das System wurde von Intel und dem JSC im Co-Design-Verfahren entworfen, um bestmögliche Skalierbarkeit für rechenintensive Simulationen zu erzielen.

Der Jureca-Booster wird direkt mit dem Cluster-Part von Jureca verbunden – der Superrechner wurde 2015 von T-Platforms geliefert – und gemeinsam mit dem Cluster als zusammenhängendes System betrieben. Im Rahmen der beschlossenen Kooperation werden die Projektpartner eine neuartige Highspeed-Bridge entwickeln, um unterschiedliche Netzwerktechnologien zu verbinden: Infiniband EDR im Jureca-Cluster und Intel Omni-Path Architecture im Jureca-Booster.

In Kombination mit einer erweiterten Version von „Partec Para Station Cluster Suite“, einer Art Betriebssystem speziell für Superrechner, wird es damit möglich, Anwendungsteile effizient auf die beiden Module von Jureca zu verteilen.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Schwesterportal DataCenter-Insider übernommen.

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