Supercomputer versprechen, globale Probleme zu lösen
Exascale-Computing, bei dem Trillionen (10 hoch 18) Rechenschritte pro Sekunde durchgeführt werden, soll in den nächsten Jahren zum Standard für Supercomputer werden. Der beeindruckende Erfolg bei der Anwendung von in silico (am Computer) durchgeführten Simulationsverfahren auf sehr komplexe wissenschaftliche und kommerzielle Probleme hat die Nachfrage nach großen, schnellen und leistungsfähigen Systemen steigen lassen, die den damit verbundenen intensiven Arbeitsaufwand bewältigen können. Das DEEP und das DEEP-ER Projekt (Dynamical Exascale Entry Platform / -Extended Reach), an denen 20 Partnern aus zehn europäischen Ländern mitwirken, bauten Computerprototypen, um das innovative Cluster-Booster-Konzept umzusetzen. Komplexe Teile eines Programms mit begrenzter Parallelität werden auf dem Cluster ausgeführt, während der Booster die stark parallelisierbaren Teile mit hoher Energieeffizienz laufen lässt. Rechnen mit Turbolader „Die DEEP-Prototypen sind sehr flexible Systeme, die vieles mit einem Turbomotor gemeinsam haben“, erklärt Projektleiterin Estela Su Arez. „Sie sind für Leistung und Energieeffizienz konstruiert und sind gleichzeitig einfach bedienbar. Letzteres wird durch die Bereitstellung eines kompletten System-Software-Stacks und einer normgerechten Programmierumgebung für unsere Benutzer erreicht.“ Elf wissenschaftliche und technische Anwendungen, die für die künftigen Exascale-Computing-Anforderungen repräsentativ sind, wurden sorgfältig ausgewählt, um das Co-Design der Hardware/Software voranzutreiben. Dazu gehörten Gehirnsimulation, Klimaforschung, Radioastronomie, seismische Bildgebung für die Öl- und Gasindustrie und menschliche Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern. Zu den typischen zukünftigen Anwendern könnten auch Neurowissenschaftler, Astronomen, Meteorologen, Seismologen, Physiker, Flugzeug-Entwickler, Automobil-Ingenieure und viele andere gehören, da der Entwurf des Konzept die Bedürfnisse von sehr verschiedenen Arten von Anwendungen abdecken soll. Während im ersten Projekt (DEEP) der Fokus darauf lag, einen Prototypen als Machbarkeitsnachweis für den Cluster-Booster-Ansatz ins Leben zu rufen, konzentrierten sich die ehrgeizigen F&E-Entwicklungen von DEEP-ER auf die Verbesserung des Software-Stacks und die Nutzung innovativer Speichertechnologien. DEEP-ER lieferte umfangreiche zusätzliche parallele Input/Output (I / O)-Fähigkeit für höheren Durchsatz. Durch einen mehrstufigen Checkpoint und Startmechanismus, der gegen Datenverlust schützen soll, sollte die Hardware ausfallen, wurde der Supercomputer auch widerstandsfähiger. Der Schlüssel zu diesen Errungenschaften war ein starker Mitgestaltungsansatz. System-Software-Experten arbeiteten eng mit dem Hardware-Team zusammen, um das innovative, mehrstufige Speichersystem für I/O und Resilienz zu nutzen. Darüber hinaus diente das System-Software-Team als Bindeglied zum Endverbraucher, um sicherzustellen, dass dieser die neuen innovativen Technologien effizient nutzen kann. Die Radioastronomieanwendung des Partners ASTRON konnte beispielsweise mit einer der in DEEP-ER implementierten innovativen Speichertechnologien erhebliche Leistungsverbesserungen in Bezug auf I/O erzielen. Die in DEEP-ER erzielten Ergebnisse gehen über den gesamten HPC-Stack und demonstrieren ganz besonders das innovative Potenzial europäischer Universitäten, Forschungszentren sowie europäischer Industrie und KMU. Tiefer ins Supercomputing eintauchen Ganz oben auf dem Fahrplan der DEEP-Projekte steht die Realisierung eines modularen Supercomputers im DEEP-EST-Projekt “DEEP - Extreme Scale Technologies”), das im Juli 2017 gestartet wurde und bis Mitte 2020 laufen wird. DEEP-EST verallgemeinert den Cluster-Booster-Ansatz, um ein einzigartiges HPC-System zu schaffen, das mehrere Rechenmodule in einer Maschine koppelt. Jedes Modul ist ein Multi-Knoten-System, das auf die Bedürfnisse einer bestimmten Anwendungsgruppe zugeschnitten ist - ob traditionelle HPC-Anwendungen, HPDa (Hochleistungsdatenanalyse) Codes oder datenintensive Anwendungen. Die Benutzer können die von den Modulen bereitgestellten Ressourcen mischen und abgleichen und so ihren eigenen Supercomputer nach dem Bausteinprinzip konfigurieren. Die EU hat mit einem Gesamtbetrag von fast 30 Mio. EUR zu den DEEP-, DEEP-ER- und DEEP-EST-Projekten beigetragen.
Schlüsselbegriffe
Supercomputer, HPC, Hochleistungsrechnen, DEEP, DEEP-ER, DEEP-EST Exascale, Cluster-Booster, Modularer Supercomputer, Energieeffizienz, Prototyp, direkte Flüssigkeitskühlung, Programmierungsumgebung, Anwendungen
