Auf dem Weg zum modularen Superrechner der nächsten Generation

Intel und das Forschungszentrum Jülich haben gemeinsam mit dem Software-Unternehmen ParTec und Dell eine Kooperation für die gemeinsame Entwicklung und Implementierung eines neuartigen modularen Supercomputer-Systems geschlossen. 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 sogenannten Booster, baut auf den Ergebnissen der vorausgegangenen Forschungsprojekte auf.

Superrechner JURECA Superrechner JURECA am Jülich Supercomputing Centre (JSC) Copyright: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach / Absmeier

»Das System wird zum ersten Mal das sogenannte Cluster-Booster-Konzept in einer Produktionsumgebung erproben«, erläutert Prof. Thomas Lippert, Direktor des Jülich Supercomputing Centre (JSC). »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 sogenannten Cluster ausgeführt: eine Rechnerkomponente, die mit General-Purpose Prozessoren ausgestattet ist. Derartige Prozessoren sind darauf ausgerichtet, Befehle schnell nacheinander abzuarbeiten. 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.

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Technische Ausführung

Für den JURECA-Booster sind Intel Xeon Phi 7250-F-Prozessoren auf der Basis von Intels 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 Dell 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.

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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 ParTecs ParaStation ClusterSuite – eine Art Betriebssystem speziell für Superrechner – wird es damit möglich, Anwendungsteile effizient auf die beiden Module von JURECA zu verteilen.

Projekt-Website DEEP (in Englisch)
Projekt-Website DEEP-ER (in Englisch)
Jülich Supercomputing Centre (JSC)

 


 

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