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Computacenter hebt Universität Münster in die Cloud Erste deutsche Scientific Cloud im Forschungsbereich

| Autor / Redakteur: Dr. Heinz-Hermann Adam, Ralf Becker* / Rainer Graefen

Erfolg in der nationalen und internationalen Forschungslandschaft setzt in den Naturwissenschaften auch eine geeignete IT-Infrastruktur voraus – für beste wissenschaftliche Arbeitsbedingungen.

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Für die altehrwürdige WWU Münster ist der Schritt in die Cloud Evolution wie Revolution der IT zugleich.
Für die altehrwürdige WWU Münster ist der Schritt in die Cloud Evolution wie Revolution der IT zugleich.
(Bild: WWU Münster)

Die bis zum Jahr 2013 an der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster eingesetzte IT-Infrastruktur konnte mit dem Datenwachstum in den verschiedenen wissenschaftlichen Anwendungsfeldern nicht mehr Schritt halten. Die zuständige IT-Abteilung der naturwissenschaftlichen Institute, die Informations-Verarbeitungs-Versorgungseinheit (IVV) Naturwissenschaften, stand daher vor der Aufgabe, die klassische Client-Server-Infrastruktur durch modernste und kostengünstige Technologien abzulösen. Zur Umsetzung dieser Mammut-Aufgabe holte sich die WWU Münster den in Kerpen ansässigen IT-Dienstleister Computacenter als Partner ins Haus, um gemeinsam die erste „Scientific Cloud“ der deutschen Forschungslandschaft auf den Weg zu bringen.

Verschiedene Herausforderungen

Die Umstellung betraf mehr als 10.000 Anwender in gut 200 wissenschaftlichen Arbeitsgruppen, sowie etwa 5.000 Arbeitsplatzrechner. Lehrstühle der Biologie, Chemie, Pharmazie und Physik sowie weiterer Fachbereichen waren von der Umstellung betroffen. So verschieden wie die Fachbereiche sind auch die Anforderungen: Sie reichen von Windows-, Linux oder Mac-Anwendungen bis hin zu komplexen Rechenanwendungen, die über Stunden, Tage und Monate in tausendfacher Ausführung ablaufen. Ob iOS oder Android, feste oder mobile Arbeitsplätze – alle Benutzer sollten nach der Umstellung Zugang zu den von ihnen benötigten wissenschaftlichen Ressourcen haben, unabhängig von wo sie auf das System zugreifen.

Künftig sollten daher mobile Endgeräte nach dem Bring-Your-Own-Device (BYOD) Prinzip einbezogen werden können. Statt der vorhandenen klassischen Architektur mit physischen Servern und Speichersystemen sollte eine virtualisierte Lösung in Form einer „Scientific Cloud“ für Rechenleistung, Applikationen und Speicher aufgebaut werden. Das Gesamtprojekt umfasste somit verschiedene Compute-, Storage- und Virtualisierungsmodule, um das Ziel der standort- und plattformunabhängigen Bereitstellung aller Ressourcen zu erfüllen.

Ergänzendes zum Thema
Die wissenschaftliche IT-Umgebung der Zukunft

Technische Eckdaten:

  • Einsatz hochperformanter und hochverfügbarer HP 3PAR StoreServ-Speichersysteme
  • High Performance Computing Cluster für wissenschaftliche Berechnungen auf Basis eines HP SL6500 Scalable System-Servers mit SL270 ProLiant-Servern in wassergekühlten Racks
  • Virtualisierungs-Cluster auf Basis der HP BladeSysteme mit Virtual-Connect-Technologie für die Virtualisierung von Servern, Applikationen und Arbeitsplätzen
  • NAS-FileService-Gateway-Cluster auf Basis von HP StoreEasy NAS-SAN-Gatewayblades, die sich die Infrastruktur mit dem Virtualisierungs-Cluster teilen
  • Unterbrechungsfreier, transparenter Failover für die Server-Virtualisierung auf Basis von VMware
  • HP Transparent Failover mit 3PAR PeerPersistence für die automatisierte Umschaltung der Speichersysteme bei Ausfall eines Rechenzentrums
  • Synchrone Replikation der Daten zwischen den Rechenzentren

Meilensteine auf dem Weg zur Wissenschafts-Cloud

Nach anderthalbjähriger Vorbereitung startete die WWU Münster im Dezember 2011 mit einem Antrag beim zuständigen Ministerium für Innovation Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen in die konkrete Planungsphase für eine zukunftsweisende IT-Infrastruktur. In intensiver Zusammenarbeit mit dem Ministerium und nach einer sehr positiven Begutachtung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), wurde der Antrag Ende Juli 2012 schließlich bewilligt.

In einem aufwändigen europaweiten Auswahlverfahren führte die WWU Münster zahlreiche Gespräche, um die wirtschaftlichste Lösung zu finden, die bestmöglich die Anforderungen der Fachbereiche abdeckt. Mit einer ausgeprägten Expertise in Bereichen wie High-Performance-Computing (HPC) für wissenschaftliche Berechnungen und Virtualisierung von Applikationen, über Desktop- und Server-Virtualisierungen bis hin zu Speichernetzwerken und -systemen konnte Computacenter die WWU Münster als geeigneten Partner überzeugen. Bereits am 27. Dezember 2012 konnte mit der Migration der Inhalte begonnen werden.

Da sich das Projekt über mehrere Teilbereiche erstreckte, erfolgte die Umstellung in Etappen, beginnend mit den Speichersystemen, gefolgt von der Virtualisierung der Server, den Desktops und dem HPC-Cluster. Mit rund 270 Personentagen hat Computacenter dieses umfassende Projekt innerhalb der zeitlichen Vorgaben der Universität vollständig umgesetzt. Von der Projektierung über die konkrete Planung bis zur Feinplanung und produktionsreifen Übergabe steuerte Computacenter die Umsetzung der Scientific Cloud und fungierte als Bindeglied zwischen den beteiligten Herstellern.

(R)Evolution der IT

Mit dem Einbau eines HPC-Clusters wurden die optimalen Voraussetzungen für wissenschaftliche Berechnungen und ressourcenintensive Prozesse geschaffen. Der Cluster besteht aus zahlreichen performanten Servern mit speziellen Intel XEON PHI Beschleunigerkarten. Damit ist er leistungsfähiger und gleichzeitig zudem wesentlich energieeffizienter, als der zuvor eingesetzte Hochleistungsserver und durch die eingesetzten Technologien an die heutigen Anforderungen der Wissenschaftler für parallele Berechnungen angepasst.

Aufgrund ihrer Architektur ist die cloud-basierte Lösung hochverfügbar und arbeitet nahezu autonom. Hierzu tragen nicht zuletzt die HP 3PAR- und die Transparent-Failover-Technologie des Herstellers HP Enterprise bei. Mit dieser Lösung lassen sich Speicherressourcen richtliniengesteuert und kostenoptimiert für die unterschiedlichen Bereiche und Anwendungen zuweisen. Die Lösung sorgt dafür, dass der Speicher der WWU stets schlank bleibt. Der Erwerb zusätzlicher Kapazitäten zur Bewältigung neuen Datenwachstums wird so vermieden und dabei auch Energie gespart.

Benefit auf ganzer Linie

Mit der Scientific Cloud verfügt die Westfälische Wilhelms-Universität mittlerweile über eine hochperformante, hochverfügbare und gleichzeitig kostenoptimierte IT-Umgebung. Der Vorteil liegt nicht nur im Einsatz dieser innovativen Produkte: Das Alleinstellungsmerkmal der Scientific Cloud ist vor allem das integrierte Zusammenspiel der Technologien in einem System, sodass flexibel Ressourcen je nach Bedarf abgerufen werden können.

Damit betritt die WWU Münster in der Forschungslandschaft Neuland. Die neue Lösung stellt zudem durch Redundanz der Systeme und Back-Up-Lösungen sicher, dass bei einem Ausfall innerhalb eines Rechenzentrums der Betrieb ohne große Auswirkungen auf die Anwender weiterläuft, egal, ob Server- oder Speichersysteme betroffen sind.

Der NAS-FileService-Gateway-Cluster wurde mit der HP-3PAR-PeerPersistence-Lösung für die automatisierte Umschaltung der Speicherressourcen optimiert. Der technologische Ansatz, zahlreiche kleine Server samt Beschleunigerkarten zu bündeln, sichert eine hohe Rechenleistung im wissenschaftlichen Bereich und damit die Attraktivität der WWU im internationalen Forschungsumfeld.

Die Lösung der WWU Münster ist damit so konzipiert, dass sie mit begrenzten Personalressourcen betreibbar ist. Das verschafft dem Team der IVV erhebliche Erleichterung, da kein Schichtbetrieb nötig ist. Auch perspektivisch sieht die WWU Münster in der Scientific Cloud eine hochleistungsfähige Lösung, da neue Anwendungen deutlich flexibler eingebunden werden können. Es laufen bereits erste Gespräche und Projekte, um die Scientific Cloud auch auf weitere Fachbereiche der WWU auszuweiten.

* Dr. Heinz-Hermann Adam ist Technischer Geschäftsführer IVV Naturwissenschaften der WWU Münster. Ralf Becker arbeitet als Senior Consultant im Bereich Dynamic Datacenter bei Computacenter.

Ergänzendes zum Thema
Die wissenschaftliche IT-Umgebung der Zukunft

Technische Eckdaten:

  • Einsatz hochperformanter und hochverfügbarer HP 3PAR StoreServ-Speichersysteme
  • High Performance Computing Cluster für wissenschaftliche Berechnungen auf Basis eines HP SL6500 Scalable System-Servers mit SL270 ProLiant-Servern in wassergekühlten Racks
  • Virtualisierungs-Cluster auf Basis der HP BladeSysteme mit Virtual-Connect-Technologie für die Virtualisierung von Servern, Applikationen und Arbeitsplätzen
  • NAS-FileService-Gateway-Cluster auf Basis von HP StoreEasy NAS-SAN-Gatewayblades, die sich die Infrastruktur mit dem Virtualisierungs-Cluster teilen
  • Unterbrechungsfreier, transparenter Failover für die Server-Virtualisierung auf Basis von VMware
  • HP Transparent Failover mit 3PAR PeerPersistence für die automatisierte Umschaltung der Speichersysteme bei Ausfall eines Rechenzentrums
  • Synchrone Replikation der Daten zwischen den Rechenzentren

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