Forschungszentrum Jülich: Erster modularer Supercomputer der Welt läuft

Erstmals geht ein Superrechner mit innovativer modularer Architektur in den produktiven Rechenbetrieb. Ein Booster sorgt für zusätzliche 5 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde. Damit ist der Jülicher Supercomputer einer der schnellsten Rechner Europas.

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Das modulare Konzept von JURECA – JURECA steht für „Jülich Research on Exascale Architectures“ – geht zurück auf die von der EU geförderten Forschungsprojekte DEEP und DEEP-ER. Ziel dieser von der Jülicher Wissenschaftlerin Dr. Estela Suarez geleiteten Projekte war die Entwicklung einer modularen Supercomputer-Architektur, die speziell auf die Anforderungen moderner Simulationscodes zugeschnitten ist.

Im jetzigen Rechner übernimmt die Supercomputing-Software „ParaStation“ der Münchener Firma ParTec die zielgerichtete Zuteilung des Programmcodes auf die verschiedenen Module, so dass je nach Aufgabenstellung die jeweils optimalen Komponenten zusammenarbeiten. „Das ist vergleichbar mit einem Turbolader: Ein Booster-Modul beschleunigt Berechnungen auf einem Cluster-Modul“, erklärt Prof. Thomas Lippert, Leiter des Jülicher Supercomputing Centre und Ideengeber des Konzeptes.

Booster berechnet gut skalierbaren Code

Komplexe Code-Bestandteile, die sich nicht gut für eine parallele Verarbeitung auf einer Vielzahl von Prozessoren eignen, übernimmt das sogenannte Cluster-Modul. Einfachere Programmteile hingegen, die sich gut parallel abarbeiten lassen, lagert ParaStation auf das Booster-Modul aus. Dieses arbeitet mit vielen energieeffizienten, im Vergleich zu den Cluster-Prozessoren relativ langsamen Rechenkernen.

Konkret kommen im JURECA-Booster 1.640 Rechenknoten mit Intel Xeon Phi 7250-F-Prozessoren zum Einsatz, von denen jeder über 68 Rechenkerne verfügt. Insgesamt beschleunigt der Booster gut skalierbare Code-Teile mit rund 5 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde. Unter dem Strich ist der Jülicher Supercomputer dadurch einer der schnellsten Rechner Europas. Auch im internationalen Vergleich schneidet er gut ab: Mit einer kombinierten Leistung von 3,78 Petaflop/s erreicht das JURECA Cluster-Booster-System den 29. Platz auf der TOP500-Liste der schnellsten Rechner.

Das zweite Modul von JURECA ist so groß wie ein ganzer Superrechner: In 33 Schränken findet der sogenannte Booster in der Rechnerhalle des Jülich Supercomputing Centre (JSC) Platz. Die von Intel und dem JSC gemeinsam mit Dell EMC und ParTec entwickelte Erweiterung zur massiven Steigerung der Rechenleistung ist mit einer Netzwerkbrücke direkt verbunden mit dem ähnlich großen ersten Modul, dem Cluster.

Intels Scalable-Systems-Framework bildet die Basis

Das Booster-System basiert auf Intels Scalable Systems Framework (Intel SSF). Als Hardware kommen PowerEdge-C6230P-Server von Dell EMC zum Einsatz. Den Cluster-Part bildet der Superrechner JURECA. Diesen Computer hat das Unternehmen T-Platforms im Jahr 2015 aufgebaut, das aktuell auch den Aufbau des Boosters aktiv unterstützt hat.

Intel arbeitete bereits in der Vergangenheit eng mit dem Forschungszentrum Jülich zusammen. Beim aktuellen Projekt habe sein Unternehmen jedoch eine aktivere Rolle gespielt, vor allem beim Umsetzen des Cluster-Booster-Designs, erklärt Charles Wuischpard, Vice President and General Manager, Intel Data Center Solutions. „Unsere Ingenieure haben in enger Abstimmung mit den Jülicher Forschern und unseren Partnern von Dell EMC und ParTec zusammengearbeitet, um diese innovative Systemarchitektur Wirklichkeit werden zu lassen.“

Einsatz zum Beispiel in den Materialwissenschaften oder in der Hirn- und Klimaforschung

„Die erfolgreiche Installation und Integration des Boosters ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg, innovative modulare Supercomputing-Systeme zu entwickeln und für wissenschaftliche Simulationen, etwa in den Materialwissenschaften oder der Hirn- und Klimaforschung, verfügbar zu machen“, erklärt Dr. Dorian Krause, verantwortlich für den Rechnerbetrieb am JSC. Der Testlauf für die TOP500 sei ein guter Beleg für die Leistungsfähigkeit des JURECA Cluster-Booster-Systems. „Noch wichtiger ist jedoch, dass wir diese einzigartige Architektur nun für unsere gesamte User-Community verfügbar machen können."

Bernhard Frohwitter, CEO von ParTec, sieht in der dynamischen, modularen Architektur von JURECA einen wichtigen „Schritt zur Bereitstellung eines Exascale-Computers, der für ständig wachsende wissenschaftliche, zivile und kommerzielle Anwendungen benötigt wird – vom Internet bis zum automatischen Fahren und vieles mehr.“

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