Illustration Absmeier Quelle: Forschungszentrum Jülich Sascha Kreklau (c)
Vor hochrangigen Gästen aus Politik, Wissenschaft und Wirtschaft ist am 5.September im Forschungszentrum Jülich JUPITER der Öffentlichkeit vorgestellt worden. Bundeskanzler Friedrich Merz und Hendrik Wüst, Nordrhein-Westfalens Ministerpräsident, nahmen an der feierlichen Inbetriebnahme des schnellsten und energieeffizientesten Supercomputers Europas teil.
Foto: Einweihung des Supercomputers JUPITER mit dem symbolischen Akt: (von links) Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC), Prof. Dr. Kristel Michielsen, Direktorin des Jülich Supercomputing Centre (JSC), Ekaterina Zaharieva, Kommissarin Start-ups, Forschung und Innovation, Europäische Kommission, Hendrik Wüst, Ministerpräsident des Landes NRW, Prof. Dr. Astrid Lambrecht, Vorstandsvorsitzende Forschungszentrum Jülich, Friedrich Merz, Bundeskanzler, Dorothee Bär, Bundesministerin für Forschung, Technologie und Raumfahrt, Karsten Wildberger, Bundesminister für Digitales und Staatsmodernisierung, Ina Brandes, Ministerin für Kultur und Wissenschaft des Landes NRW, und Prof. Dr. Laurens (Kobus) Kuipers, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrums Jülich. Copyright: Forschungszentrum Jülich Kurt Steinhausen
Das vom Jülich Supercomputing Centre (JSC) in Zusammenarbeit mit dem EuroHPC Joint Undertaking (EuroHPC JU) entwickelte und von EuroHPC beschaffte System ist das erste in Europa, das so konzipiert und ausgerüstet ist, dass es die Marke von 1 Trillion Rechenoperationen pro Sekunde (1 ExaFLOP/s) erreichen wird. Dieser bedeutende technologische Meilenstein ist das Ergebnis jahrelanger Forschungs- und Entwicklungsarbeit, die von Deutschland und Europa unterstützt und in enger Zusammenarbeit mit deutschen, europäischen und internationalen Partnern des Forschungszentrums vorangetrieben wurde. Zugleich markiert er ein Schlüsselprojekt für digitalen Fortschritt und internationale Wettbewerbsfähigkeit.
»Mit JUPITER verfügt Deutschland über den schnellsten Supercomputer Europas und den viertschnellsten der Welt! Er eröffnet neue Möglichkeiten – für das Training von KI-Modellen oder für wissenschaftliche Simulationen. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am Forschungszentrum Jülich können stolz auf ihre beeindruckende Leistung sein. Sie unterstreicht den Anspruch der Bundesrepublik, in führender Rolle teilzuhaben an der technologischen Revolution der Gegenwart. Unsere Sicherheit und Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland und in Europa setzen technologische Souveränität und souveräne Rechnerkapazitäten voraus. Die Stärkung des Technologie-Standorts Deutschland gehört daher zu den Prioritäten der Bundesregierung. JUPITER und die exzellente Forschungsarbeit am Forschungszentrum Jülich beweisen: Deutschland kann in der Forschung, Entwicklung und Anwendung von Zukunftstechnologien neue Maßstäbe setzen und zur Lösung von Menschheitsaufgaben beitragen.« – Bundeskanzler Friedrich Merz.
»Künstliche Intelligenz ist größer als alles, was unser Land in den letzten Jahrzehnten verändert hat. Die Zukunft beginnt jetzt – und Nordrhein-Westfalen geht voran. JUPITER ist ein Meilenstein für den Strukturwandel im Rheinischen Revier und für unseren konsequenten Weg von der Kohle zur KI. Mit dem schnellsten Supercomputer in Europa nähern wir uns in großen Schritten unserem Ziel, Nordrhein-Westfalen zu dem KI-Hotspot in Europa zu machen. Der freie Westen muss die Heimat einer freien und vertrauenswürdigen KI sein. JUPITER wird mit Ökostrom betrieben und ist der energieeffizienteste Superrechner der Welt. Heute zeigen wir der Welt: Nordrhein-Westfalen hat die Chance des Wandels erkannt und beherzt ergriffen.« – Hendrik Wüst, Ministerpräsident des Landes NRW.
»Dies ist ein historischer Meilenstein. Mit JUPITER erreicht Europa die höchste Stufe des High-Performance Computing. Zugleich steht JUPITER für Deutschlands langjährige Führungsrolle in diesem Bereich. Heute ist JUPITER der leistungsstärkste Computer Europas und der viertstärkste der Welt. Aus europäischer Perspektive ist JUPITER ein Pionier – er zeigt, dass wir globale Spitzenleistungen erzielen können, wenn wir nationale Visionen mit europäischer Zusammenarbeit verbinden.« – Henna Virkkunen, Exekutiv-Vizepräsidentin der Europäischen Kommission für technologische Souveränität, Sicherheit und Demokratie.
»Jupiter ist ein zentraler Baustein für Europas digitale Souveränität. Er ist der schnellste Supercomputer Europas und der viertschnellste der Welt. Doch was ihn wahrhaft einzigartig macht, ist seine herausragende Energieeffizienz. JUPITER ist der weltweit energieeffizienteste Supercomputer seiner Leistungsklasse. Um das zu erreichen, brauchte es hier am Forschungszentrum Jülich jahrzehntelange Erfahrung, tiefe Fachkenntnisse und leidenschaftlichen Entwicklungsdrang. In einer Zeit, in der Digitalisierung und KI immer mehr Energie erfordern, zeigen wir mit JUPITER, wie der Weg hin zu Ressourcen-schonendem Rechnen aussehen kann.« – Prof. Astrid Lambrecht, Vorstandsvorsitzende des Forschungszentrums Jülich.
Europas Sprung in die Exascale Zukunft
Als schnellster Supercomputer Europas und vierter weltweit markiert JUPITER eine neue Ära des Hochleistungsrechnens für den Kontinent. In KI-Anwendungen erreicht JUPITER sogar mehr als 40 ExaFLOP/s – und steht damit weltweit an der Spitze der leistungsstärksten Systeme für künstliche Intelligenz.
Die enorme Rechenleistung von JUPITER erlaubt das Training und die Anwendung größter Modelle der künstlichen Intelligenz sowie das Rechnen von wissenschaftlichen Simulationen mit bislang unerreichter Komplexität und Detailtiefe. Herzstück ist der sogenannte JUPITER Booster, geliefert von Eviden und ausgestattet mit rund 24.000 GH200 Grace Hopper Superchips von NVIDIA.
JUPITER ermöglicht bahnbrechende Fortschritte unter anderem in Klima-, Energie-, Medizin- und Materialforschung. Er wird die Genauigkeit von Klima- und Wettersimulationen, etwa bei lokalen Extremwetterereignisse wie Starkregen und Hitzeperioden verbessern. Zudem wird er die Entwicklung nachhaltiger Energiesysteme vorantreiben und die Erforschung komplexester Systeme wie Proteine, Zellen oder das Gehirn beschleunigen – mit dem Ziel, schneller neue Therapien zu entwickeln.
Schnelle Umsetzung und energieeffiziente Infrastruktur
Seit Dezember 2023 wurde JUPITER in Rekordzeit aufgebaut: In weniger als zwei Jahren wurde Europas erster Exascale-Rechner fertiggestellt – in einem eigens errichteten innovativen Rechenzentrum, dem Modular Data Centre. Bereits heute nutzen mehr als 100 nationale und internationale Projekte den Supercomputer, darunter Vorhaben zur Extremwettervorhersage, Medikamentenforschung und Entwicklung klimaneutraler Technologien.
Auch in puncto Energieeffizienz setzt JUPITER neue Maßstäbe. Laut aktueller TOP500-Liste ist JUPITER unter den fünf schnellsten Supercomputern das weltweit energieeffizienteste Exascale-System – ein zentraler Aspekt mit Blick auf die Prognose der Internationalen Energieagentur, wonach sich der Strombedarf von Rechenzentren bis 2030 mehr als verdoppeln könnte. Zudem ist der Superrechner mit seiner hocheffizienten Warmwasserkühlung darauf ausgelegt, die im Betrieb erzeugte Abwärme zum Heizen von Gebäuden zu nutzen. Zu diesem Zweck wird er in das Wärmenetz des Jülicher Campus eingebunden.
JUPITER AI Factory
JUPITER bildet auch das Herzstück der aktuell in Jülich entstehenden JUPITER AI Factory (JAIF) – ein zentrales Element des europäischen KI-Ökosystems. In Verbindung mit JAIF wird JUPITER über die Forschung und den öffentlichen Sektor hinaus künftig auch von Start-ups, kleinen und mittleren Unternehmen sowie der Industrie genutzt. In diesem Kontext entsteht ein zusätzliches Modul speziell für Inferenzanwendungen. Die geplante Cloud-Plattform ergänzt die JUPITER-Infrastruktur und ermöglicht die schnelle, effiziente Nutzung trainierter KI-Modelle im praktischen Einsatz.
Förderung
JUPITER, der »Joint Undertaking Pioneer for Innovative and Transformative Exascale Research«, wird zur Hälfte von der europäischen Supercomputing-Initiative EuroHPC Joint Undertaking (EuroHPC JU) und zu je einem Viertel vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR, vormals BMBF) sowie dem Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen (MKW NRW) über das Gauss Centre for Supercomputing (GCS) finanziert.
Weitere Statements
»Mit JUPITER tritt Europa in das Exascale-Zeitalter ein und erreicht eine beispiellose Rechenleistung, die wissenschaftliche Entdeckungen, industrielle Innovationen und technologische Souveränität vorantreiben wird. Ich freue mich auf die ersten Exascale-Anwendungen und die damit verbundenen Durchbrüche.« – Anders Jensen, Exekutivdirektor der EuroHPC JU.
»Die Einweihung des Supercomputers JUPITER ist ein Meilenstein für technologische Exzellenz und Souveränität in Deutschland und Europa. Es ist ein Zeichen der Innovationsleistung unseres Landes, dass der schnellste Supercomputer Europas und viertschnellste der Welt hier steht. Das BMFTR trägt dabei ein Viertel der Gesamtinvestition von 500 Millionen Euro. JUPITER revolutioniert mit seiner enormen Rechenleistung sowohl das Rechnen wissenschaftlicher Simulationen als auch Training und Anwendung größter KI-Modelle und zahlt so auf das Ziel der Hightech Agenda Deutschland ein, KI als Schlüsseltechnologie zu einem wichtigen Werkzeug in zentralen Forschungs- und Anwendungsfeldern zu machen. JUPITER macht Deutschland zu einem höchst attraktiven Standort für Forscherinnen und Forscher aus aller Welt und sorgt dafür, dass KI »Made in Germany« weltweit für technologische Exzellenz steht. Dafür gilt mein Dank auch den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Forschungszentrums Jülich.« – Dorothee Bär, Bundesministerin für Forschung, Technologie und Raumfahrt.
»Dass einer der schnellsten Supercomputer der Welt hier in Nordrhein-Westfalen steht, ist ein starkes Signal. JUPITER wird die besten Köpfe aus aller Welt anziehen und neue Anwendungen hervorbringen, die unser Leben besser machen – von innovativen Therapien in der Medizin bis zu smarten Mobilitätslösungen. Gleichzeitig bringt der technologische Fortschritt ethische Herausforderungen mit sich. Als Land Nordrhein-Westfalen investieren wir in die wichtigen Zukunftsthemen, die unsere Unabhängigkeit und Werte in Europa stärken.« – Ina Brandes, Ministerin für Kultur und Wissenschaft des Landes NRW.
»Nach einem Jahrzehnt intensiver Innovationsarbeit haben wir gemeinsam ein System geschaffen, das nicht nur in seiner Rechenleistung neue Maßstäbe setzt, sondern auch die wissenschaftliche Forschung in zahlreichen Bereichen grundlegend verändern wird. Komplexeste KI-Modelle können nun trainiert und angewandt werden, was ohne JUPITER nicht möglich war.« – Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre.
»Der heutige Tag ist ein bedeutender Meilenstein – nicht nur für unser Unternehmen, sondern für die digitale Zukunft Europas. JUPITER ist über seine strategischen Anwendungsfälle und seine bemerkenswerte Leistung hinaus ein Beweis dafür, was Europa erreichen kann, wenn sich öffentliche Organisationen und Branchenführer auf eine gemeinsame Vision verständigen und technisches Know-how von Weltklasse vereinen. Dies ist mehr als nur Innovation oder ein Hochleistungsprojekt – es ist ein entscheidender Schritt hin zum Aufbau einer souveränen und verantwortungsvollen KI. Für Eviden und unsere Teams ist es auch ein Moment großer Freude, zu sehen, wie die Ergebnisse monatelanger engagierter Zusammenarbeit in dieser bemerkenswerten Maschine zum Leben erweckt werden.« – Emmanuel Le Roux, SVP und Global Head of Advanced Computing and AI, Eviden (Atos Group).
»Mit JUPITER erhält Europa seinen modernsten KI-Supercomputer – entwickelt für großangelegte Simulationen und künstliche Intelligenz und angetrieben von NVIDIA Grace Hopper Superchips sowie Quantum-2 InfiniBand. JUPITER vereint Hochleistungsrechnen und KI in einer gemeinsamen Architektur. Als Plattform für das wissenschaftliche Rechnen der nächsten Generation wird er Durchbrüche beschleunigen – vom Klimamodell und erneuerbaren Energien über Quantenforschung bis hin zu neuen Materialien und digitalen Zwillingen.« – Jensen Huang, Gründer und CEO von NVIDIA.
Der erste europäische Supercomputer der Exascale-Klasse
»Mit JUPITER bekommen wir den vielleicht stärksten KI-Supercomputer der Welt!«
Mit JUPITER geht am Forschungszentrum Jülich im nächsten Jahr der erste europäische Supercomputer der Exascale-Klasse an den Start. Auf der weltweit größten Supercomputing-Konferenz, der SC23, die vom 12. bis zum 17. November im US-amerikanischen Denver stattfindet, wurden nun nähere Informationen zur Ausstattung bekanntgegeben. Im Interview erklärt Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre, welche Hardware bei JUPITER zum Einsatz kommen wird.
Der Jülicher Exascalerechner soll als erster Superrechner in Europa die Marke von einer Trillion Rechenoperationen pro Sekunde brechen und damit wissenschaftliche Simulationen auf eine neue Stufe heben sowie Durchbrüche beim Einsatz künstlicher Intelligenz ermöglichen.
Abb.: Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre am Forschungszentrum Jülich (Copyright: Sascha Kreklau)
Prof. Dr. Dr. Thomas Lippert, was ist das Besondere an der Hardware, mit der JUPITER 2024 die Exascale-Grenze knacken will?
JUPITER ist ein dynamischer modularer Supercomputer, der aus zwei Teilen besteht: ein hochskalierbares Booster-Modul für besonders rechenintensive Probleme, das massiv durch Grafikprozessoren unterstützt wird, und ein Cluster-Modul, das sich sehr universell für alle möglichen Aufgabenarten einsetzen lässt, speziell auch für komplexe, datenintensive Tasks. Beide Module können getrennt oder zusammen wissenschaftliche Probleme lösen, je nach Bedarf.
Wie gerade auf der SC23 bekannt gegeben wurde, besitzt das Booster-Modul rund 24.000 GH200-Grafikprozessoren von NVIDIA. Im sogenannten Linpack-Benchmark, der meist als Referenz genannt wird, soll JUPITER damit eine Rechenleistung von etwas mehr als einem Exaflops erreichen und darüber hinaus eine herausragende KI-Rechenleistung zur Verfügung stellen.
Für geeignete KI-Anwendungen haben wir mit über 90 Exaflops bei 8 Bit künftig den vielleicht schnellsten KI-Supercomputer der Welt!
Alle Rechenknoten von JUPITER sind mit einem Hochleistungs-Netzwerk verbunden; hier setzen wir die neueste NVIDIA Mellanox InfiniBand-Technologie ein. Das Booster-Modul wird von dem französischen IT-Unternehmen Eviden, ehemals ATOS, geliefert. Das Cluster-Modul ist mit neuen europäischen ARM-CPUs von SiPearl ausgestattet und wird von den deutschen Experten für High Performance Computing, kurz HPC, von der Firma ParTec geliefert. ParTec ist auch für den dynamischen modularen Betrieb des Systems verantwortlich. Sowohl bei der verwendeten Hardware als auch bei vielen Softwarekomponenten werden bei JUPITER Technologien Made in Europe verwendet, das ist schon etwas Besonderes!
Wie wichtig ist für einen Superrechner wie JUPITER die Wahl der Prozessoren? Bei Büro-PCs spielt der Prozessortyp ja mittlerweile oft nur noch eine untergeordnete Rolle…
Im High Performance Computing ist die Wahl der Prozessoren alles entscheidend. Dieser Aspekt war eines der Hauptkriterien bei der Auftragsvergabe bei JUPITER durch die von EuroHPC JU ausgewählten Experten. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Grafikprozessoren, GPUs. Bei bestimmten Aufgaben sind sie universellen Prozessoren, CPUs, um fast eine Größenordnung überlegen.
Ausschlaggebend ist hierbei die hochgradige Parallelität. Klassische CPUs sind darauf ausgelegt, komplexe Aufgaben sehr schnell hintereinander abzuarbeiten. CPUs besitzen daher typischerweise weniger, dafür aber sehr leistungsstarke Rechenkerne. GPUs verfügen stattdessen über sehr viel mehr Rechenkerne als CPUs, die für sich gesehen aber nicht ganz so leistungsstark sind.
Die neuen GH200-Grafikprozessoren von NVIDA verfügen beispielsweise über Tensor-Cores pro Chip, die sehr schnelle Berechnungen im Bereich der künstlichen Intelligenz ermöglichen. SiPearl verspricht mit ihrer Rhea-CPU dagegen eine gewaltige Memory-Datenrate von 0,5 Bytes pro Flop, fast fünfmal so viel wie bei einer GPU – und damit eine hohe Effizienz bei komplexen, datenintensiven Anwendungen.
In der Tat spielt aber auch das Netzwerk des Systems eine gewaltige Rolle, insbesondere gilt das für den dynamisch-modularen Betrieb. Das Hochleistungsnetzwerk basiert auf der neuesten Generation NVIDIA Mellanox InfiniBand NDR und nutzt eine Topologie bestehend aus mehreren Gruppen, in die sich einzelne Module des Systems abbilden lassen und bei denen dennoch eine starke Verbindung zwischen den einzelnen Gruppen besteht.
Kritische Stimmen bemängelten zuletzt, Superrechner in Deutschland und Europa seien nicht ausreichend für das Training neuronaler Netze für KI ausgelegt. Wie es um JUPITER in dieser Hinsicht bestellt?
Seit Jahren stellen wir am Jülich Supercomputing Centre schon KI-Rechenzeit für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zur Verfügung. Speziell die Installation des GPU-basierten JUWELS Booster im Jahr 2020 – zugleich Europas schnellster Supercomputer – erwies sich als bahnbrechend für die Nutzung von KI-Modellen. Das System war von uns schon sehr früh für KI-Anwendungen ausgelegt. Der JUWELS Booster verfügt über mehr als 900 Rechenknoten, von denen jeder einzelne 4 Grafikprozessoren und eine sehr hohe Netzwerkbandbreite bereitstellt; die tiefen neuronalen Netze passen einfach perfekt zu diesen GPUs!
Europa hat sowohl die notwendige Rechenleistung als auch Kompetenz in der Softwareentwicklung, um bei KI innovativ zu sein.
Unsere Nutzer trainieren zunehmend KI-Modelle auf dem System. Bei den großen Foundation-Modellen wird immer wieder das gesamte System auf einmal ausgelastet. Auch an anderen europäischen Zentren, mit denen wir über EuroHPC-JU verbunden sind, sind nach 2021 vermehrt Superrechner mit GPU-Beschleunigern in Betrieb genommen worden. JUPITER bildet nun einen weiteren Meilenstein. Das heißt, Europa hat sowohl die notwendige Rechenleistung als auch Kompetenz in der Softwareentwicklung, um bei KI innovativ zu sein. An dieser Stelle möchten wir auch die vor kurzem veröffentlichte KI-Strategie des Bundesministeriums für Bildung und Forschung erwähnen.
Für welche Anwendungen ist JUPITER noch ausgelegt?
Die Unterstützung von wissenschaftlichen HPC-Anwendungen stand von Anfang an im Fokus. Wir orientierten uns für JUPITER an unserer aktuellen Nutzerschaft und den zu erwarteten Anwendungen in der Zukunft. Neben KI-Anwendungen gibt es ein großes Feld von HPC-getriebenen Wissenschaften, die wir mit JUPITER unterstützen. Zum einen sind dies hochparallele Anwendungen, die ebenfalls vom GPU-basierten Booster-Modul profitieren – zum Beispiel Klimasimulationen, Strömungsmechanik-Simulationen, oder Molekulardynamik-Simulationen. Wir haben eine heterogene Nutzerschaft mit den besten Anwendungen aus vielen wissenschaftlichen Domänen. Das Cluster-Modul von JUPITER fokussiert sich auf Anwendungen, die höhere Anforderungen an serielle Leistung und Speicher-Bandbreite haben, zum Beispiel irreguläre Zugriffsmuster von elementarphysikalischen Simulationen. Dank der modularen Architektur von JUPITER können Anwendungen auch beide Komponenten gleichzeitig einsetzen und so die Rechenressourcen effizient einsetzen. Eine besondere Art solcher heterogenen Anwendungen verbindet klassische HPC-Simulationen mit KI-Methoden, zur Erhöhung von Genauigkeit und Effizienz. Mit JUPITER sind wir ideal dafür aufgestellt.
Technical Overview: A Deep Dive Into JUPITERs Building Blocks
Dieser technische Überblicksartikel liefert Hintergrundinformationen und technische Details zu den gewählten Architekturen der verschiedenen Komponenten von JUPITER. >>> mehr (auf Englisch)
Grafiken (c) Forschungszentrums Jülich